Способы безопасного захоронения радиоактивных отходов
Какие же способы ликвидации РАО существуют? Генеральной задачей безопасного захоронения РАО является разработка таких способов их изоляции от биоцикла, которые позволят устранить негативные экологические последствия для человека и окружающей среды. В настоящее
время разрабатываются технологии иммобилизации РАО и исследуются различные способы их захоронения, основными критериями при выборе которого для широкого использования являются следующие: – минимизация затрат на реализацию мероприятий по обращению с РАО; – сокращение образующихся вторичных РАО. Однако нигде в мире не выбран единственный метод окончательного захоронения РАО, технологический цикл обращения с РАО, не является замкнутым: oтвержденные ЖРО , так же как и ТРО, хранятся на специальных контролируемых площадках, создавая угрозу радиоэкологической обстановке мест хранения( Приложение 5). Рассматривают следующие методы захоронения РАО (6):
а) Захоронение РАО в горных породах;
На сегодняшний день признано (в том числе и МАГАТЭ ), что наиболее эффективным и безопасным решением проблемы окончательного захоронения РАО является их захоронение в могильниках на глубине не менее 300-500 м в глубинных геологических формациях с соблюдением принципа многобарьерной защиты и обязательным переводом ЖРО в отвержденное состояние. Опыт проведения подземных ядерных испытаний доказал, что при определенном выборе геологических структур не происходит утечки радионуклидов из подземного пространства в окружающую среду. Существующие природные ядерные реакторы, производящие токсичные вещества, - не новость в геологической истории Земли. В качестве примера можно привести месторождение Окло, где ~ 200 млн. лет назад в течение 500 тыс. лет на глубине ~ 3,5 км действовал природный реактор, прогревавший окружающие породы до 600°С. Сохранение большинства радиоизотопов на месте их образования обеспечивалось их изоморфным вхождением в уранинит. Растворению же последнего, препятствовала восстановительная обстановка. Тем не менее около 3 млрд. лет назад на планете зародилась , успешно сосуществует рядом с очень опасными веществами и развивается жизнь.
б) Удаление под морское дно;
Вариант удаления предполагает захоронение под морским дном контейнеров с радиоактивными отходами в соответствующую геологическую
среду ниже дна океана на большой глубине. Этот вариант был предложен для отходов низкого, среднего и высокого уровня активности. Вариации этого варианта включают:
- хранилище, расположенное ниже морского дна. Хранилище было бы доступно с земли, с небольшого необитаемого острова или с сооружения, расположенного на некотором расстоянии от берега;
- захоронение радиоактивных отходов в глубоких океанических осадках.
Этот метод запрещен международными соглашениями. Удаление под морское дно нигде не было реализовано и не разрешено международными соглашениями. Удаление радиоактивных отходов в хранилище, созданное ниже морского дна, рассматривалось Швецией и Великобританией. Если бы концепция хранилища ниже морского дна была бы признана желательной, то проект такого хранилища мог бы быть разработан так, чтобы гарантировать возможность будущего возврата отходов. Контроль за отходами в таком хранилище был бы менее проблематичен, чем при других формах удаления в море. В 1980-х годах была исследована возможность удаления отходов высокого уровня активности в глубоких океанских отложениях, и официальный отчет был представлен Организацией экономического сотрудничества и развития. Для реализации этой концепции радиоактивные отходы планировалось упаковать в коррозионно стойкие контейнеры или стекло, которые помещались бы, по крайней мере, на 4000 метров ниже уровня воды в устойчивой глубокой геологии морского дна, выбранного как из-за медленного притока воды, так из-за способности задерживать
перемещение радионуклидов. Радиоактивные вещества, пройдя через донные
отложения, затем подверглись бы тем же самым процессам разбавления, дисперсии, диффузии и сорбции, которые воздействуют на радиоактивные отходы, удаленные в море. Этот метод удаления, следовательно, обеспечивает дополнительное сдерживание радионуклидов, если сравнивать с захоронениями радиоактивных отходов непосредственно на морском дне.
Захоронение радиоактивных отходов в глубоких океанских отложениях могло бы быть выполнено двумя различными методами: с помощью пенетраторов (устройств для проникновения внутрь отложений) или бурением скважин для мест размещения. Глубина захоронения контейнеров с отходами ниже морского дна может изменяться для каждого из двух методов. В случае использования пенетраторов контейнеры с отходами могли бы помещаться в отложения на глубину около 50 метров. Пенетраторы, весящие несколько тонн, погружались бы в воду, получая достаточный импульс, чтобы внедриться в отложения. Ключевой аспект захоронения радиоактивных отходов в отложения морского дна заключается в том, что отходы изолированы от морского дна толщиной отложений. В 1986 году некоторое доверие этому методу обеспечили эксперименты, предпринятые на глубине воды около 250 метров в Средиземном море. Эксперименты наглядно показали, что пути входа, созданные пенетраторами, были закрыты и вновь заполнены повторно взрыхленными отложениями примерно той же самой плотности, что и окружающие ненарушенные отложения. Отходы также возможно помещать под морское дно с помощью бурового оборудования, которое используются на больших глубинах в течение приблизительно 30 лет. По этому методу упакованные отходы можно было бы помещать в скважины, просверленные на глубину 800 метров ниже морского дна, с расположением самого верхнего контейнера на глубине около 300 метров ниже морского дна.
с) Захоронение в ледниковые щиты
При этом варианте захоронения контейнеры с отходами, испускающими тепло, размещались бы в стабильных ледниковых щитах, например, тех, что обнаружены в Гренландии и Антарктиде. Контейнеры расплавили бы окружающий лед и опустились бы глубоко в ледниковый щит, где лед смог бы рекристаллизоваться над отходами, создавая мощный барьер. Хотя удаление в ледниковые щиты могло бы технически рассматриваться для всех типов радиоактивных отходов, оно было серьезно исследовано только для отходов высокого уровня активности где выделяемая отходами тепло могло бы с выгодой использоваться для самозахоронения отходов в толще льда благодаря его плавлению. Вариант удаления в ледниковых щитах нигде не был реализован. Он был отвергнут странами, которые подписали Договор об Антарктиде или привержены идее обеспечения решения по обращению со своими радиоактивными отходами внутри своих национальных границ. Начиная с 1980 года не проводилось никаких серьезных экспертиз этого варианта.
д) Удаление в космическое пространство
Этот вариант ставит своей целью удаление радиоактивных отходов с Земли навсегда, выбрасывая их в космос. Очевидно, что отходы при этом должны упаковываться так, чтобы оставаться неповрежденными при сценариях самых немыслимых аварий. Ракета или космический челнок могли бы использоваться для запуска упакованных отходов в космическое пространство. Рассматривалось несколько конечных пунктов назначения отправки отходов, включая направления их в сторону Солнца, сохранение на орбите вокруг Солнца между Землей и Венерой и выбросом отходов вообще за пределы солнечной системы. Это необходимо из-за того, что размещение отходов в космическом пространстве на околоземной орбите чревато возможным их возвращением на Землю. Высокая стоимость этого варианта
означает, что такой метод удаления радиоактивных отходов мог бы быть подходящим для отходов высокого уровня активности или для отработанного топлива (то есть для долгоживущего высокорадиоактивного материала, который относительно мал по своему объему). Переработка отходов могла бы потребоваться, чтобы отделить наиболее радиоактивные материалы для удаления в космическое пространство и, следовательно, уменьшить объем транспортируемого груза. Этот вариант не был реализован, и дальнейшие исследования не проводились из-за высокой стоимости и из-за аспектов безопасности, связанных с возможным риском неудачного запуска. Наиболее детальные исследования этого варианта были выполнены в Соединенных Штатах NASA в конце 1970-х и начале 1980-х годов. В настоящее время NASA запускаются в космос только термические радиоизотопные генераторы (ТРГ), содержащие несколько килограмм Pu-238. [8]
е) Приповерхностное захоронение
МАГАТЭ определяет этот вариант как захоронение радиоактивных отходов с инженерными барьерами или без них в:
1. Приповерхностные захоронения на уровне земли (7). (Приложение 6) Эти захоронения находятся на или ниже поверхности, где толщина защитного покрытия составляет примерно несколько метров. Контейнеры с отходами размещаются в построенных камерах для хранения, и когда камеры заполняются, они засыпаются. В конечном счете, они будут закрыты и покрыты непроницаемой перегородкой и верхним слоем почвы. Эти захоронения могут включать некоторую форму дренажа и, возможно, газовую систему вентиляции.
2. Приповерхностные захоронения в пещерах ниже уровня земли. В отличие от приповерхностного захоронения на уровне земли, где выемка грунта проводится с поверхности, неглубокие захоронения требуют подземной
выемки грунта, но захоронение располагается на глубине нескольких десятков метров ниже поверхности земли и доступно через слабонаклоннуюгорную выработку.
На эти захоронения могут воздействовать долгосрочные изменения климата (например оледенение), и этот эффект должен приниматься во внимание при рассмотрении аспектов безопасности, так как такие изменения способны вызывать разрушение этих захоронений. Однако этот тип захоронения обычно используется для отходов низкого и среднего уровня активности, содержащих радионуклиды с коротким периодом полураспада (приблизительно до 30 лет).
Методы обезвреживания РАО
Для обезвреживания РА отходов существует четыре принципа (8).
а) Изоляция - вредные вещества концентрируются в контейнерах и защищаются специальными барьерными веществами. Природным аналогом контейнеров могут служить слои водоупоров. Однако, это - не слишком надежный способ обезвреживания отходов: при хранении в изолированном объеме опасные вещества сохраняют свои свойства и при нарушении защитного слоя могут вырываться в биосферу, убивая все живое. В природе разрыв таких слоев приводит к выбросам ядовитых газов (вулканическая активность, сопровождающаяся взрывами и выбросами газов, раскаленного пепла, выбросы сероводорода при бурении скважин на газ - конденсат). При хранении опасных веществ в специальных хранилищах также иногда происходит нарушение изолирующих оболочек с катастрофическими последствиями. Печальный пример из техногенной деятельности человека - челябинский выброс радиоактивных отходов в 1957 году из-за разрушения контейнеров - хранилищ. Изоляция применяется для временного хранения
радиоактивных отходов; в будущем необходимо реализовать принцип многобарьерной защиты при их захоронении, одним из составных элементов этой защиты будет слой изоляции.
б)Рассеяние - разбавление вредных веществ до уровня, безопасного для биосферы. В природе действует закон всеобщего рассеяния элементов В.И.Вернадского, по который широко используется при сбросе техногенных вредных веществ в реки, озера, моря и океаны, а также в атмосферу - через дымовые трубы. Рассеяние использовать можно, но видимо, только для тех соединений, время жизни которых в природных условиях невелико, и которые не смогут дать вредных продуктов распада. Кроме того, их не должно быть много. Так, например, СО 2 - вообще говоря, не вредное, а иногда даже полезное соединение. Однако, возрастание концентрации углекислоты во всей атмосфере ведет к парниковому эффекту и тепловому загрязнению. Рассеяние до сих пор применяется для удаления отходов малой активности и, исходя из экономической целесообразности, будет еще долго оставаться одним из методов для их обезвреживания. Однако в целом в настоящее время возможности рассеивания в основном исчерпаны и надо искать другие принципы.
с) Существование радиоактивных веществ в природе в химически устойчивых формах. Минералы в земной коре сохраняются сотни миллионов лет. Распространенные акцессорные минералы (циркон, сфен и другие титано- и цирконосиликаты, апатит, монацит и другие фосфаты и т.д.) обладают большой изоморфной емкостью по отношению к многим радиоактивным элементам и устойчивы практически во всем интервале условий петрогенезиса.
д) Минералы, в кристаллических решетках которых находятся подлежащие обезвреживанию элементы, в природных условиях находятся в
равновесии с окружающей средой. Реконструкция условий древних процессов, метаморфизма и магматизма, имевших место много миллионов лет назад, возможна благодаря тому, что в кристаллических горных породах на протяжении длительного по геологическим масштабам времени сохраняются особенности состава образовавшихся при этих условиях и находившихся между собой в термодинамическом равновесии минералов.
Положение с РАО в России
Россия является одним из самых крупных поставщиков атомной энергии и использования радиоактивных элементов в различных областях. Отношения в области РАО регулируются с помощью федеральных законов
( 9,10 ) и международных прав в области атомной энергии. Структура российских РАО по типу хранения представлена в Приложении 7, в России ежегодно образуется 5 млн т и перерабатывается до 3 млн т РАО. Имеется много непереработанных РАО, которые несут определенную угрозу для россиян (Приложение 8). Несмотря на то, что на российских АЭС предусмотрен полный цикл обращения с радиоактивными веществами (Приложение 9, 10) идет накопление РАО. В российском масштабе обезвреживанием РАО занимается система из 15 одноименных комбинатов. Из 65 существующих в России особо опасных производств, использующих радиоактивные материалы, 20 расположены в Москве. Это в первую очередь Курчатовский институт, где с середины 40-х годов скопилось около 6 тонн отработавшего ядерного топлива и РАО суммарной активностью более 3 млн. кюри, а также Институт теоретической экспериментальной физики, Всероссийский научный институт химической технологии, Завод полиметаллов и машиностроительный завод "Молния".
Россия является государством, которое имеет наибольшие захоронения РАО, планируется строительство новых площадок захоронения, например в Уральском федеральном округе существует самые большие площадки
изоляции РАО (Приложение 11).
Заключение
Из всего этого, можно сделать вывод о том, что от РАО сложно избавиться, отсутствуют единые требования , методы, технологии обработки РАО и ОЯТ, выбор мест их ликвидации. Наиболее реальным перспективным способом утилизации радиоактивных отходов является их захоронение геологической среде. Не хочется чтобы к нам в Россию свозили РАО и ОЯТ, только потому что у нас огромная территория и не всегда экономически наше государство богато. Наше национальное самосознание , к сожалению, тоже не на высоте, нет гордости за нашу науку.
Я многое что узнал о создании безопасности использования атома. Необходима мировая единая практика в утилизации РАО. Важен контроль за соблюдением безопасных уровней РАО.
Данная работа была проведена с целью изучения промышленной безопасности, связанной с ликвидацией РАО. В ходе работы были рассмотрены виды РАО,способы, методы обезвреживания, захоронения РАО . Из работы можно сделать следующие выводы:
1. РАО находится находятся под пристальным внимание государств и
МАГАТЭ.
2. Наиболее реальным перспективным способом утилизации радиоактивных
отходов является их захоронение геологической среде.
3. Сведения о типе, количестве, ближайшей и долгосрочной динамике
поступления ОЯТ дают возможность грамотно оценить пригодность
участков для размещения хранилища, устройства (использование)
коммуникаций, развития инфраструктуры.
Думаю, что пути снижения количества РАО следующие:
1.Применение современных технологий;
2.Механизация и автоматизация процессов;
3. Человеческий фактор (высокая квалификация персонала).
Продуктом работы будет являться проведение классных часов с целью донести до общественности материал данной работы.