Переробка радіоактивних відходів
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
«ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
МІНІСТЕРСТВА ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ІНДИВІДУАЛЬНО РОБОТА
З дисципліни: «Радіоекологія»
На тему: Проблеми захоронення атомних відходів, ядерний паливний цикл, забруднення довкілля атомними відходами
Виконав: студент II курсу
біологічного факультету
групи 4164-1а
Булава Артем
Запоріжжя
Зміст
Вступ. 3
1. Радіоактивні відходи. 4
2. Утилізація в Україні 7
3. Зберігання та захороненя. 10
4. Переробка радіоактивних відходів. 15
5. Наслідки аварій на атомних електростанціях. 17
6. Вплив аварії на здоров'я людей. 20
7. Дози опромінення. 22
8. Радіоактивне забруднення атмосфери. 24
9. Атомний паливний цикл. 28
Висновки. 37
Джерела. 40
Вступ
Мета: Розкриття питання щодо походження, класифікації, та засобів знешкодження радіоактивних відходів (РАВ)
Актуальність: Нині у світі існує понад 440 атомних реакторів, яві виробляють десятки тонн атомних відходів, цикл напіврозпаду деяких з них складає десятки, сотні а інколи тисячі років. У цей час вони випромінюють небезпечні радіаційні промені, що можуть призводити до мутацій та пошкоджують генотип усіх більшості живих організмів навколо них. Та несуть пряму загрозу для природи.
Друга половина ХХ століття ознаменувалася різким загостренням екологічних проблем. Масштаби техногенної активності людства нині вже можна поріняти з геологічними процесами. До нині минулі типи забруднень довкілля, мали екстенсивний розвиток, додалася нова небезпека – радіоактивне забруднення. Радіаційний фон Землі протягом останніх 60-70 років піддалася суттєвим змінам: до початку Першої та Другої світових війн в усіх країнах світу було близько 10-12 грам отриманого в чистому вигляді природного радіоактивного елементу – радію (88Ra226). Нині один атомний реактор середньої потужності виробляє 10 тонн штучних радіоактивні відходів (РАВ), більшість яких, щоправда, належить до не стійких ізотопів з швидким періоду напіврозпаду.
Радіоактивні речовини і джерела іонного випромінювання використовуються практично в усіх галузях промисловості, у охороні здоров'я, під час проведення найрізноманітніших наукових досліджень – рентгенівські знімки кісток, мітки радіоізотопами, для спостереження руху речовин організмом і т.д.
Останні півстоліття Землі утворилися десятки мільярдів кюрі радіоактивних відходів (1 кюрі = 37 000 000 000 розпадів на секунду) і ці цифри збільшуються з кожним роком. Особливо гострою є проблема утилізації та захоронення РАВ атомних електростанцій (за даними МАГАТЕ, на середину 2008 року у світі працює близько 440 АЕС. Усі вони зосереджені в 30 країнах світу, в Україні – 4). Наприкінці червня 2008 року заступник голови Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ) Юрій Соколов заявив, що до 2030 року атомні електростанції лишатимуться ключовим джерелом електроенергії, а кількісно збільшаться на 60 %. За даними тог ж 2008 року, у світі будувалось ще 30 атомних реакторів, в тому числі у країнах, які розвиваються. Але питання утилізації атомних відходів і до нині залишається відкритим.
Радіоактивні відходи
Радіоактивні відходи (РАВ) — відходи, які містять радіоактивні хімічні елементи, не мають практичної цінності. Частіше всього радіоактивні відходи є продуктами ядерних процесів, як-от ядерний розпад. Рідкі радіоактивні відходи утворюються в процесі експлуатації атомних електростанцій (АЕС), регенерації ядерного палива з відпрацьованих тепловидільних елементів, використання різних джерел радіоактивних випромінювань у науці, техніці й медицині. Рідкі радіоактивні відходи за своєю активністю діляться на 3 категорії: низького рівня активності, питома активність яких не перевищує 10-5 кюрі/л, середнього рівня - від 10-5 до 1 кюрі/л і високоактивні відходи - вище від 1 кюрі/л. Понад 99,9% всієї активності, що виникає в процесі експлуатації АЕС, при регенерації ядерного пального переходить у рідкі високоактивні відходи, які після концентрування до невеликих об'ємів захоронюються. Рідкі відходи низького рівня активності, так звані нетехнологічні відходи, що утворяться за рахунок обмивки приміщень і при пранні спецодягу, після ретельного очищення від радіоактивних ізотопівметодами коагуляції й іонного обміну або дистиляцією направляються у виробництво для повторного використання або можуть скидатися в каналізацію. До твердих радіоактивних відходів належать забруднені матеріали, які не піддаються відмиванню, використане спецодяг і ін. Все це переноситься для довготермінового захоронення в бетонні траншеї і, як правило, заливається цементом. На об'єктах атомної промисловості і АЕС, крім рідких і твердих відходів, можливі викиди, що містять леткі сполуки радіоактивних ізотопів або самі радіоактивні ізотопи, такі як 131I, 129I, 85Kr, а також утворення радіоактивних аерозолів. Всі ці викиди проходять спеціальну очисну систему й потім віддаляються в атмосферу через вентиляційну трубу. Основними виробниками радіоактивних відходів в Україні є атомні електростанції, підприємства з видобування та переробки уранової руди,наукові центри, підприємства та організації, що використовують радіоактивні речовини або джерела іонізуючого випромінювання. Частка радіоактивних відходів, що утворилися внаслідок аварії на Чорнобильській АС сягає 95% всіх радіоактивних відходів в Україні. Найбільше радіоактивних відходів утворюється в результаті діяльності атомних електростанцій (АЕС). Україна входить в 10-ку країн, за кількістю діючих енергоблоків. Джерелами утворення радіоактивних відходів на атомних електростанціях є: відходи, що утворюються після проведення ремонтів або заміни• обладнання, проведення різних випробовувань; продукти нейтронної активації, що утворюються поза• тепловиділяючими елементами; продукти поділу, що попадають з тепловиділяючих елементів в• теплоносії, певна частина яких періодично або безперервно виводиться з реактора; протікання теплоносія основного контуру реакторної установки• внаслідок виникнення дефектів у трубопроводах; газоподібні та радіоактивні аерозольні викиди, пов’язані з• випаровуванням теплоносія внаслідок порушення цілісності оболонок, газоподібні продукти поділу через мікро тріщини просочуються в теплоносій, воду першого контуру, кладку реактора (особливо в випадках руйнування тепловиділяючих елементів); відходи після очистки води в різних технологічних системах реакторів;• обладнання, матеріали, використані фільтри, радіоактивно забруднене• сміття, спец одяг та ін. Значна кількість відходів виникла і виникатиме в процесі зняття ядерних установок з експлуатації. Усі ядерні установки в Україні після закінчення терміну їх експлуатації необхідно зняти з експлуатації з метою демонтажу та повернення території для необмеженого використання.Згідно з Меморандумом про взаємодопомогу між Урядами країн «Великої сімки» Європейським Банком Реконструкцій і Розвитку та Урядом України Чорнобильська АЕС припинила свою діяльність 15.12. 2000 року. Діючі енергоблоки інших АЕС України, у випадку не проведення модернізації будуть зупинятися після закінчення терміну їх проектного ресурсу з 2010 по 2025 роки. Термін експлуатації енергоблоків АЕС може бути продовжений за узгодженням із регулюючим органом після проведення певних технічних заходів, що дозволятимуть збільшити термін ресурсу обладнання, і в першу чергу, реакторної установки. Іншим джерелом радіоактивних відходів є підприємства з видобутку та переробки уранової руди. Діяльність виробництв з видобування і переробки уранових та торієвих руд призводить до утворення великих кількостей низько-активних шахтних вод і твердих залишків (збалансовані руди). Схожі тверді відходи активність яких в 10 разів перевищує природний радіаційний фон, зберігаються в спеціальних відкритих «хвостоховищах». В Україні добування і переробку уранових руд здійснює Східний гірсько-збагачувальний комбінат в м. Жовті Води, ПО «Придніпровський хімзавод» в м. Дніпродзержинськ та в Житомирі. Розробка проводиться підземним способом. Одним із шляхів вирішення екологічних проблем пов’язаних із накопиченням радіоактивних відходів підприємствами з видобування і переробки уранових руд, є застосування використаних гірських шахт для розміщення в них відходів і збалансованих руд. Діяльність науково-дослідних організацій може також призводити до утворення значної кількості радіоактивних відходів при застосуванні досліджуваних реакторів, критичних та підкритичних стендів, прискорювачів і т. п. До найкрупніших наукових центрів України можна віднести: Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» Київський інститут ядерних досліджень, в якому експлуатується•тут міститься ряд прискорювачів; досліджуваний реактор ВВР-М та кілька прискорювачів; Севастопольський інститут атомної енергетики та промисловості з• досліджуваним реактором ІР-100 та критичним стендом для проведення підкритичних дослідів з тепловиділяючими елементами різного збагачення Застосування в промисловості, медицині, наукових дослідженнях та багатьох інших областях радіонуклідних джерел іонізуючого випромінювання обов’язково призводить до утворення радіоактивних відходів. Збір, зберігання і захоронення радіоактивних відходів, що утворюються на будь-яких підприємствах та організаціях, крім тих що знаходяться у відомстві Міністерства енергетики, здійснюють підприємства - міжобласні спецкомбінати Українського державного об’єднання «Радон»
Утилізація в Україні
Однією з найскладніших проблем України у сфері захисту навколишнього середовища є проблема утилізації радіоактивних відходів. Актуальність зазначеної проблеми визначається необхідністю забезпечення сталого розвитку атомної енергетики України, потребою ізоляції високоактивних відходів, що виникають після переробки відпрацьованого ядерного палива, необхідністю реабілітації територій, забруднених радіонуклідами внаслідок аварії на ЧАЕС. Знешкодження радіоактивних відходів здійснюється шляхом ізоляції їх від біосфери на такий час, протягом якого відбудеться природний розпад радіонуклідів. На практиці використовують два способи ізоляції радіоактивних відходів - зберігання та захоронення, вибір яких залежить від економічних і соціально-політичних факторів. Тимчасове зберігання відходів передбачає проведення контролю і обслуговування сховищ. У зв'язку з цим при зберіганні радіоактивних відходів відбувається опромінення персоналу, обслуговуючого і контролюючого стан сховищ, існує постійних ризик випадкового витоку радіоактивних речовин. Захоронення відходів у геологічних сховищах є більш економічним і екологічно доцільним способом, тому пріоритети державної політики в галузі поводження з радіоактивними відходами переорієнтовуються саме в цьому напрямку. Захоронення в материкових геологічних структурах може забезпечити ізоляцію радіонуклідів на тривалий період, якщо немає циркуляції ґрунтових вод або вона дуже уповільнена. Сольові утворення, граніт, глина, базальт і вулканічний туф - потенційно придатні геологічні структури для захоронення радіоактивних відходів. Обсяги відходів, які можна розміщувати таким чином, можуть бути дуже різними і залежать від вигляду споруди. В Україні використовується спосіб зберігання радіоактивних відходів. Приповерхневі сховища можуть бути виконані у вигляді бетонованих ям, траншей, неглибоких шахт, колодязів, курганів. Для захисту навколишнього середовища від радіонуклідів у таких сховищах призначена система інженерних бар’єрів. Інженерний бар'єр - штучна перешкода на шляху поширення іонізуючого випромінювання та радіоактивних речовин у навколишнє природне середовище. При довготривалому зберіганні радіоактивних відходів є ймовірним порушення верхнього ізоляційного екрану, що може призвести до зміни фізико-хімічних умов у сховищі, тому розробка наукових засад обґрунтування надійності інженерних бар’єрів при зміні фізико-хімічних умов набула особливої актуальності. Контейнер є елементом загальної системи безпеки й одним з основних бар'єрів, що запобігає поширенню радіонуклідів і виконує ключову роль у забезпеченні безпеки на всіх стадіях системи поводження з радіоактивними відходами: від збору необроблених відходів, перевезення, сортування, зберігання, переробки до їх захоронення у приповерхневих сховищах або в глибоких геологічних формаціях. Контейнери протягом великого проміжку часу знаходяться під впливом руйнівних факторів, таких як волога, тиск, температура, радіація та бактерії, тому до них висуваються жорсткі вимоги. Нами проаналізовано декілька видів залізобетонних захисних контейнерів, які мають форму товстостінного циліндра або прямокутного паралелепіпеда. Проведені розрахунки на основі методики оцінки виходу радіонуклідів з контейнерів в залежності від їх форми показують, що найменший вихід 137Cs відбувається з контейнера, який має форму прямокутного паралелепіпеда. Також запропоновано вдосконалення для підвищення безпеки контейнерів, направлені на зміни в компонентному складі бетону (використання морозостійкої ґрунтовки глибокого проникнення і поліпропіленових фібр) та застосування інноваційних технологій матеріалознавства – багатокомпонентного склокерамічного матеріалу в середині контейнера. В результаті цього підвищиться його міцність до 40%, температурна стійкість, відбудеться зниження водопоглинання бетону до 5 раз. Незважаючи на тривалість вивчення цієї проблеми, утилізація і переробка радіоактивних відходів в Україні не ведеться на належному рівні. Тому необхідно спрямувати зусилля на попередження та мінімізацію утворення відходів, а потім на їх рециркуляцію, вторинне використання та розробку ефективних методів остаточної переробки, знешкодження й захоронення відходів
Зберігання та захороненя.
Як уже відзначалося, радіоактивні відходи, що містять короткоживучі радіонукліди, національним законодавством дозволяється захоронти у поверхневих і при поверхневих спорудах. Всі інші радіоактивні відходи допускається захороняти тільки в сховищах геологічного типу, після переведення їх у твердий стан вибухо-, пожежо- і ядерно безпечні форми. Отже, до створення подібної споруди, на це потрібно буде кілька десятиліть, подібні відходи повинні зберігається у відповідних безпечних умовах.
Основні вимоги зі забезпечення безпеки сховищ радіоактивних відходів регулюються нормативними документами, вони встановлюють процедури, умови і критерії ліцензування, вибору і отвердження площадки для будівництва, проектування, будівництва, експлуатації, закриття і зняття з експлуатації, забезпечення якості, проведенні радіаційного контролю і моніторингу навколишнього середовища.
Для кожного сховища повинні розроблятися й узгоджуватися з наглядовими і регулювальними органами критерії прийому радіоактивних відходів на зберігання або захоронення, до яких можна віднести:
• перелік і максимальна активність радіонуклідів;
• вимоги до форми відходів;
• перелік і гранично допустимий вміст токсичних й інших небезпечних нерадіоактивних речовин;
• вимоги до упаковок, контейнерів і їхнього маркування і т. п.
Перелік критеріїв може уточнюватися і розширюватися як ліцензіатом, так і регулювальним органом.
На кожну упаковку з відходами, виробниками відходів повинний бути складений паспорт, у якому подаються основні характеристики відходів.
Крім того для кожного сховища встановлюють:
• межі загальної активності, у тому числі для кожної ємності чи модуля;
• час і умови зберігання;
• спосіб розміщення і витягання упаковок з відходами і їх транспортування чи переміщення в сховищах;
• технології й устаткування для дезактивації транспортних засобів, устаткування;
• системи дренажу, вентиляції, радіаційного контролю;
• системи моніторингу навколишнього середовища;
• вимоги фізичного захисту, і т. п.
До характеристик площадки для розміщення сховищ встановлюються вимоги, які можуть впливати на безпеку зберігання чи захоронення радіоактивних відходів, до яких відносяться:
• геологічна будова площадки;
• геологічна стабільність;
• щільність населення і перспективи розвитку територій;
• наявність і використання мінеральних водяних ресурсів;
• геохімічні і гідрологічні умови і характеристики;
• рельєф;
• вплив на навколишнє природне середовище;
• транспортні комунікації та ін.
Пропозиції щодо створення сховищ радіоактивних відходів розглядаються за наявності не менше трьох варіантів площадок. При цьому матеріали обов'язково повинні містити:
• характеристики навколишнього природного середовища в районі можливого розміщення сховища;
• оцінку впливу робіт з будівництва, введення в експлуатацію, експлуатації і зняття з експлуатації на людину і навколишнє природне середовище;
• міри передбачені проектом, спрямовані на запобігання і зменшення шкідливого впливу на навколишнє природне середовище.
Пункти збереження РАВ на території України. Сховищем називаються споруди що розміщують радіоактивні відходи, у яких забезпечується їхня ізоляція від навколишнього природного середовища, фізичний захист і радіаційний моніторинг, з можливістю подальшого їхнього витягання для переробки, перевезення і захоронення.
Кількість сховищ і могильників радіоактивних відходів в Україні досить велика. На даний час радіоактивні відходи зберігаються в сховищах і спорудах:
• на кожній атомній електростанції;
• пунктах захоронення радіоактивних відходів міжобласних спецкомбінатах об'єднання "Радон";
• пунктах захоронення і тимчасової локалізації радіоактивних відходів зони відчуження Чорнобильської АЕС;
• науково-дослідних центрах Київського інституту ядерних досліджень, Севастопольському інституті ядерної енергетики і промисловості, Національному науковому центрі "Харківський фізико-технічний інститут" і ін.;
• ВАТ "Ізотоп";
• у виробників відходів, у випадку зберігання відходів до передачі їх для захоронення;
• а також в об'єкті "Укриття".
Існують визначені проблеми з класифікацією об'єктів у яких зберігаються, або містяться захоронені радіоактивні відходи. Це насамперед відноситься до споруд призначених для локалізації аварійних відходів, таких як об'єкт "Укриття", ПЗРВ "Підлісний", ПЗРВ "III черга" й ін.
Наприклад, об'єкт "Укриття" з технічної точки зору не відповідає діючим нормам безпеки і не може бути класифікований як сховище радіоактивних відходів, проте, це об'єкт у якому знаходяться залишки ядерного палива і радіоактивні відходи.
Постановою Кабінету Міністрів України від 28.12. 96 № 1561 визначено, що ядерні матеріали, що знаходяться в об'єкті "Укриття", визнані радіоактивними відходами, і головна мета робіт на об'єкті "Укриття" полягає в якнайшвидшому витягненні залишків ядерного палива для їхньої ізоляції і захоронення. Виходячи з цих передумов об'єкт "Укриття" можна прирівняти до сховищ радіоактивних відходів.
Пункти захоронення радіоактивних відходів міжобласних спецкомбінатів об'єднання "Радон" призначені для збору, переробки, зберігання і захоронення твердих і рідких радіоактивних відходів, а також відпрацьованих джерел іонізуючого випромінювання.
Так наприклад, ПЗРВ Київського міжобласного спецкомбінату об'єднання "Радон" за проектом був розрахований на прийом:
1. Твердих радіоактивних відходів з питомою активністю до 3,7-Ю6 Бк-кг-1 (до 1-10-4 Кі-кг-1), у кількості 515 м3 з них:
• 200 м3 у рік підлягають спалюванню;
• 300 м3 у рік - пресуванню;
• 14 м3 у рік - похованню без переробки;
• 1 м3 у рік - трупи тварин.
2. Рідкі радіоактивні відходи з питомою активністю до 3,7-Ю5 Бк л-1, у кількості 33,8 м3;
3. Відпрацьовані джерела іонізуючого випромінювання:
• за у-випромінюванням ізотопу Со60 - 2,59-Ю3 Бк;
• за нейтронним випромінюванням - 2-Ю8 н-с [Типовий проект пункту захоронення відходів, ГСПИ, 214.1-09-2, том 2].
Вимоги до сховищ і могильників радіоактивних відходів постійно вдосконалюються, розширюються й уточнюються. У зв'язку з цим реально постала проблема пов'язана з тим, що темпи зміни вимог стандартів, норм і правил на жорсткіші значно випереджають технічні і фінансові можливості підприємств для їхньої реконструкції чи модернізації. Значна частина існуючих сховищ уже не відповідає діючим нормам і правилам. Гостро стоїть завдання щодо підготовки і проведення реконструкції чи закриття більшості існуючих сховищ.
Проблематика та перспективи щодо збору, збереження, захоронення та переробки радіоактивних відходів зони відчуження.
Після аварії на ЧАЕС на території зони відчуження створені і перебувають під контролем дев'ять пунктів тимчасової локалізації радіоактивних відходів (РАВ) і три пункти захоронення радіоактивних відходів із загальним обсягом відходів понад 2 млн. м3, активність яких становить близько 200 000 Кі. Загальний обсяг різноманітних накопичень радіоактивних відходів (техніка, конструкції, тимчасові захоронення) та несанкціонованих їх звалищ становить близько 2,8 млн. м3, не враховуючи об'єкта "Укриття".
Переробка радіоактивних відходів
Проблема переробки радіоактивних відході виникла вже 40 років тому, коли розпочали вивчати атомну енергетику, але ще досі не знайдено досконалих промислових методів, які позбавили б людство від впливу небезпечних радіоактивних відходів (РВ).
Значущість знешкодження і переробки радіоактивних відходів сьогодні очевидна, враховуючи їх особливу небезпеку для біосфери і, в першу чергу, для людини. Крім цього, способи й методи переробки РВ можуть застосовуватись і для переробки інших небезпечних відходів, що містять токсичні метали або пестициди.
На відміну від інших відходів, радіоактивні відходи можуть перероблятися для усунення їх токсичності лише методом звичайного захоронения до того часу, доки активність РВ не знизиться в результаті радіоактивного розпаду до допустимого рівня. Отже, якщо активність РВ перевищує допустимий для скидування рівень, то їх слід захоронювати так, щоб запобігати потраплянню у навколишнє середовище та доступу людей без спеціального захисту.
Найбільшою проблемою при переробці РВ є захоронения викидів з великим періодом радіоактивного розпаду. Існує технічна можливість безпечного захоронення таких відходів протягом багатьох десятиліть і навіть століть, але їх зберігання вимагає постійного спостереження й контролю висококваліфікованим персоналом. Сьогодні всі зусилля спрямовані на те, щоб усунути людину з цього небезпечного процесу. Вчені всього світу постійно ведуть пошуки для розробки принципово нових методів захоронения радіоактивних відходів.
Особливої важливості набула проблема захоронения РВ у період інтенсивного впровадження країнами світу атомних електростанцій. Незадовго до Чорнобильської трагедії у 30 країнах світу функціонували 272 електростанції (АЕС), а споруджувались ще 236.
Радіоактивні відходи, що утворюються в процесі експлуатації АЕС, становлять значну частину всіх РВ. Переважна частина радіоактивних речовин, що утворюються в результаті роботи реакторів, залишається у паливі. Вилучені з активної зони елементи ядерних реакторів, що виділяють тепло протягом визначеного часу, зберігають у спеціальних сховищах (басейнах витримування) на АЕС, а потім відправляють на радіохімічний завод. Після переробки опроміненого палива радіоактивні речовини, що містяться в ньому, утворюють відходи кінцевого етапу ядерного технологічного циклу (ЯТЦ).
Для класифікації радіоактивних відходів слід застосовувати відомості про: джерело відходів; особливість ядерної установки або процес, в якому виявлено відходи; фізичні та хімічні форми відходів, їх агрегатний стан (газоподібні, рідкі та тверді), які зумовлюють різні способи їх обробки; радіонуклідний склад і вміст окремих радіонуклідів.
Найчастіше РВ класифікують за питомою активністю. Відповідно до прийнятих норм виділяють три групи відходів: низькоактивні відходи з питомою активністю до 105 Бк/л; середньоактивні з активністю до 1010 Бк/л і високоактивні відходи з активністю вище 1010 Бк/л.
Рідкі відходи вважають радіоактивними, якщо їх питома активність перевищує ГДК для води.
Тверді відходи вважають радіоактивними, якщо:
- рівні забруднень поверхонь предметів, ґрунту та ін. перевищують 500а част./хв або 500р част./хв, визначених на площі 100 см2;
- питомий гамма-еквівалент перевищує 10 7 г-екв. Ra на 1 кг відходів.
Застосування того чи іншого методу переробки та захоронения радіоактивних відходів залежить як від їх активності, так і агрегатного стану.