Тема 8 (частина 1). Проблеми і перспективи переробки радіоактивних відходів промисловості.
Питання теми та основні терміни
Ø Проблеми переробки і класифікація відходів.
Ø Проблеми знешкодження радіоактивних відходів.
Ø Схема переробки відходів.
Ø Методи захоронення радіоактивних відходів
Основні терміни теми: радіоактивні відходи, джерела радіоактивних відходів, питома активність, висока питома активність, захоронення радіоактивних відходів.
Інформаційні матеріали теми
Проблема і перспективи переробки радіоактивних відходів промисловості
Проблемна ситуація. Основними заходами щодо захисту населення від іонізуючого випромінювання є всебічне обмеження надходження в атмосферу, воду, грунт, відходів виробництва, що містять радіонукліди.
Особливу загрозу для майбутнього людства несуть радіоактивні відходи атомної енергетики. А таких відходів уже зібралося велика кількість і їх маса продовжує кожного дня збільшуватись.
1.н.п. Проблеми переробки і класифікація відходів
Проблема переробки радіоактивних відходів виникла понад 40 років тому одночасно з початком освоєння атомної енергії, але до цього часу не знайдено промислових методів утилізації найбільш небезпечних видів радіоактивних відходів.
На сьогоднішній день радіоактивні відходи, які утворюються в процесі експлуатації АЄС, складають значну частину всіх існуючих радіоактивних відходів.
Важливість знезараження та переробки радіоактивних відходів пов¢язана з їхньою особливою небезпекою для біосфери, і перш за все – для людини. На відміну від всі інших відходів, токсичність яких залежить від їх хімічних та бактеріологічних властивостей, радіоактивні відходи не можуть перероблятися з метою зниження їх токсичності.
Якщо активність радіоактивних відходів перевищує рівень, який допускає їх скидання в навколишнє середовище, вони підлягають захороненню таким чином, щоб запобігти їх проникненню в навколишнє середовище та доступу до них людей без спеціального захисту.
Найважливіша проблема, яка виникає при переробці радіоактивних відходів – тривала потенційна небезпека цих відходів. Технічна можливість безпечного зберігання їх протягом десятків та сотень років існує, але під постійним наглядом спеціального персоналу.
Джерелами радіоактивних відходів АЄС є продукти нейтронної активації, які утворюються поза ТВЕЛами – тепловидільними елементами ядерного реактора, в яких відбувається процес поділу та відновлення ядерного палива, і продукти поділу, які частково виділяються з ТВЕЛів у теплоносій.
Частина цих радіоактивних відходів безперервно або періодично виводиться з реактора в систему обробки та збереження радіоактивних відходів АЕС. Решта – радіоактивні речовини, які утворюються в незмінюваних частинах обладнання реактора, - стає відходами лише після зупинки станції на демонтаж або консервацію після закінчення терміну експлуатації.
Джерелами радіоактивних відходів є також чисельні науково-дослідні організації, промислові підприємства, медичні заклади. У звязку з цим необхідно забезпечувати радіаційну безпеку не лише персоналу, який працює з радіонуклідами, але й всього населення цих промислових зон шляхом навчання безпечному поводженню з радіоактивними відходами (їх збирання, тимчасове зберігання, транспортування, переробка та надійне остаточне захоронення). Це є важливою складовою захисту природного середовища та людини від радіоактивних забруднень.
У залежності від питомої активності радіоактивні відходи розділяють на три категорії:
1) низької активності;
2) середньої активності;
3) високої активності.
Відходи 1 категорії небезпечні тільки при надходженні всередину організму людини, тому повинні локалізуватись таким чином, щоб в результаті міграції за біологічними ланцюгами вони не потрапляють до організму в небезпечних кількостях.
Друга категорія відходів небезпечна і як джерело зовнішнього опромінення, у зв’язку з чим також необхідний захист від проникаючих опромінень цих радіонуклідів.
Відходи третьої категорії мають настільки високу питому активність, що крім міцного радіаційного захисту, потребують охолодження протягом тривалого часу.
Відходи низької і середньої активності характерні початковим етапом ядерно-паливного циклу: добування урану, експлуатація АЕС.
Відходи високої питомої активності – утворюються при переробленні опроміненого палива, що вивантажують з реакторів - це в основному розпад продуктів розпаду в азотній кислоті .
По мірі розпаду короткоживучих радіонуклідів і зменшення -b-g- активності суміші зростає для довго живучих уламків. Для розпаду продуктів ділення для прийнятого рівня, що можна порівняти з природною радіоактивністю уранової руди необхідно 600 років ( за рахунок які домінують після 10 років витримки).
При розробленні способів поводження з радіоактивними відходами використовують принцип максимальної концентрації та ізоляції шкідливих речовин.
2. н.п. Проблеми знешкодження радіоактивних відходів
Захист населення і навколишнього середовища від, дії джерел іонізуючого випромінювання досягається дотриманням вимог ОСП-72/87, у яких регламентовані збір, видалення та знешкодження рідких та твердих радіоактивних відходів, а також основні положення щодо проектування і застосування пилогазоочищення вентиляційних і технологічних викидів в атмосферу радіонуклідів, що містяться в них.
У господарсько-побутову каналізацію допускається скидання радіоактивних стічних вод із концентрацією, що перевищує ДК-6 для води не більше, ніж у 10 разів, за умови, що в колекторі даного підприємства забезпечується їхнє десятикратне розведення не радіоактивними стічними водами, а сумарне скидання радіоактивних речовин не перевищує встановленого ДК-6.
Допустимі скиди рідких радіоактивних відходів у поверхні водойми встановлюється за погодженням з органами Міністерства екології та природних ресурсів. ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ скидання рідких радіоактивних відходів у криниці, свердловини, поглинальні ями, поля зношення і фільтрації, системи підземного зрошення, а також у ставки, озера і водойми, призначені для розведення риби і водоплавної птиці.
При неможливості розведення, а також при малих кількостях (менше 200 л/добу) рідкі радіоактивні відходи повинні збиратися в спеціальні ємності і відправлятися на пункт захоронення радіоактивних відходів . Із концентрацією, що перевищує 10 ДК-6 для води, необхідно влаштувати спеціальну каналізацію з очисними спорудами.
Система спеціальної каналізації повинна передбачати дезактивацію стічних вод і при можливості їхнє повторне використання в технологічних цілях.
Для очищення слабоактивних і середньо активних стічних вод від радіонуклідів застосовують різноманітні методи: упарювання, іонний обмін, хімічні методи).
Очищення радіоактивних вод від радіонуклідів у багатьох випадках є самостійною задачею і потребує спеціального вирішення.
Спрощенні системи очищення стічних вод застосовують на установах опромінення гуми, нафтопродуктів, фторопластів, деревини тощо, де в якості опромінювала застосовують 60Со, який зберігається у воді. Освітлення води від мікродисперсної суспензії проводять на механічних фільтрах, що мають целюлозно-тканинну насадку, а дезактивація вод досягається іонообмінними фільтрами із синтетичних смол.
Очищення води у система охолодження прискорювачів плазмових і магнітних установок полягає у її дезактивації та відділенні від продуктів корозії.
Тверді радіоактивні відходи відповідно до ОСП-72/87 вважаються радіоактивними, якщо їхня питома активність більше: 7,4* 103 Бк/кг для джерел альфа-випромінювання (для трансуранових елементів 3,7*102 Бк/кг); 7,4*104 Бк/кг для джерел бета-випромінювання; 1*107 Бк /кг - для джерел гамма-випромінювання.
Збір твердих радіоактивних відходів (ТРВ) в установах і на підприємствах повинен проводитися безпосередньо на місцях їхнього утворення окремо від звичайного сміття і роздільно, з урахуванням їхньої природи (неорганічні, органічні, біологічні); періоду піврозпаду радіонуклідів, що містяться у відходах (до 15 діб, більш 15 діб); вибухопожежобезпеки; методів переробки відходів.
3. н.п. Схема переробки відходів
Останнім часом вважається оптимальною наступна схема переробки відходів високої питомої активності (ВВПА):
1. Зберігання у рідкій формі для зменшення залишкового тепловиділення до прийнятого.
2. Затвердіння витриманих рідких ВВПА і тимчасове зберігання в контрольованих умовах
3. Кінцеве захоронення затверділих відходів в стабільних геологічних формаціях.
Продовжуються дослідження методів вилучення цінних компонентів з ВВПА.
Для зручності зберігання відходи:
1) Випарюють або концентрують і зберігають в баках, що постійно охолоджують.
2) Переводять у твердий стан (наприклад: методом кальцинації перетворюють у тверді гранули) з наступним зберіганням в підземних порожнинах, що створюють на території центру (США).
У нашій країні зберігаються в рідкому стані в нержавіючих баках. Можливе спалювання радіоактивних відходів, або силування.
Найбільш небезпечні цирконієві оболонки – здатні до самозаймання тому їх переробляють:
а) пересуванням та тимчасово зберігають під водою в бетонних ямах.
б) розплавлення в електропечах з додаванням Cu, Fe.
4. н.п. Захоронення радіоактивних відходів
Знищення радіоактивних відходів потрібно проводити на спеціальних пунктах поховання в контейнерах. Залишки від переробки опроміненого палива, джерела випромінювання, іонітні смоли, використане устаткування і т. п. підлягають похованню. Фільтри і обтиральний матеріал потрібно попередньо спалювати, а залишки від спалювання піддавати похованню. Потужність дози випромінювання на відстані 1 м від збірника з радіоактивними відходами повинна бути не більш 0,1 мЗв/год.
Транспортування радіоактивних відходів до місця поховання здійснюють на спеціально обладнаних автомашинах із критим кузовом або цистерною (для рідких відходів). Автомашини і змінні збірники після кожного рейсу повинні бути дезактивовані.
Для поховання низькоактивних радіоактивних відходів можна використовувати звалища у вигляді резервуарів і траншей. Небезпечними є середньо і високоактивні відходи. Поводження з ними передбачає поховання їх в затверділому стані в підземних сховищах і шахтах на глибині 300-1000 м.
Поховання високоактивних відходів у шахтах не завжди можливе, тому що відходи виділяють велику кількість теплоти, що може призвести до вибухів. Менш небезпечним є поховання відходів у морі на великих глибинах в ізольованому вигляді, що потребує попередньої обробки відходів (оскління, бетонування, поміщення у високоміцні контейнери).
Проблема безпечного видалення і поховання радіоактивних відходів ще не вирішена остаточно і потребує подальшого розвитку. Більш перспективним вважається метод підземного поховання в гірські породи, що розшаровуються.
І так, найбільш перспективні на цей час є наступні методи захоронення радіоактивних відходів:
1. Захоронення в континентальних геологічних формаціях (найбільш поширений);
2. Захоронення на морському дні або під ним;
3. Опромінення в реакторах (ядерна трансмутація);
4. Викиди за допомогою ракет у космос.
Дослідження доказали що багато геологічних формацій можна використати для надійного захоронення:
1. Кам’яна сіль;
2. Глинисті (осадові), а також вапняк, гіпс, тощо;
3. Скельні породи (вулканічні, метаморфічні).
Глинисті породи, що розташовані на глибині 160-260 м ( Бельгія). У глинистих пластах, що розташовані під днищем океану; перевага - здатні до самозатягування.
Скельні: недолік - не мають здатності до само затягування тріщин. Як правило, захороняються в гранітних породах та гнейсах. Гірська порода виконує роль бар’єру, радіонукліди вступають в реакцію з мінералами. Проекти захоронення в скельних породах інтенсивно розроблялися у Великобританії.
Соляні породи - переваги:
1. Задовільні фізико-хімічні показники.
2. Відсутність води та тріщин.
Розглядаються два напрямки :
1. Захоронення в сольових пластах;
2. Розміщення відходів у соляних порожнинах.
Інші методи захоронення:
1. Під дном океану (зберігають герметичність 300 років);
2. Захоронення затверділих відходів у льодовиках Арктики і Гренландії.
Узагальнення. Усвідомлення, що розробка ефективних методів локалізації радіоактивних відходів є важливою задачею сьогоднішнього дня і відкладати її на завтра – злочин перед усім живим на земній кулі – це перше і головне завдання цього заняття.
Захоронення радіоактивних відходів повинно здійснюватися під строгим контролем із виконанням усіх технологічних та екологічних вимог.
Література для самоосвіти: 2, 4, 12.
Питання для самоконтролю:
1. Як і коли загострилося питання захоронення радіоактивних відходів?
2. Які є джерела радіоактивних відходів?
3. Як розділяють радіоактивні відходи за питомою активністю?
4. Які існують методи короткочасного зберігання радіоактивних відходів?
5. Яка вважається оптимальною схема переробки відходів високої питомої активності?
6. Які основні методи захоронення радіоактивних відходів?
7. Яка допустима концентрація радіоактивних речовин при скиді в каналізацію та відкриті водойми?
8. Які геологічні формації можна використати для надійного захоронення радіоактивних відходів?