Проблема радиоактивных отходов

Введение

Успехи физики и смежных естественных наук в ХХ веке привели к появлению и быстрому развитию атомных технологий, основанных на использовании энергии распада атомных ядер. В частности, широкое распространение получили объекты атомной энергетики – отрасли энергетики, которая занимается производством электрической и тепловой энергии путем преобразования ядерной энергии. В настоящее время в мире эксплуатируется почти двести атомных электростанций.
При условии строгого соблюдения мер безопасности эксплуатация атомных электростанций может решить проблему сокращения запасов ископаемого топлива. Кроме того в условиях штатной деятельности негативное воздействие атомных электростанций на окружающую среду гораздо менее выражено по сравнению с «классическими» тепловыми электростанциями, вносящими существенный вклад в загрязнение атмосферы.
В то же время активная эксплуатация объектов атомной энергетики обостряет проблему радиоактивных отходов, которые представляют серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека. Наличие в составе таких отходов долгоживущих радионуклидов и трансурановых элементов требует изоляции ядерных отходов на десятки тысяч лет.
В связи с этим целью настоящей работы является краткая характеристика проблемы радиоактивных отходов и возможных путей ее решения.

Источники и виды радиоактивных отходов

Производство расщепляющихся ядерных материалов, реализация оборонных, энергетических и научно-исследовательских программ тесно связаны с проблемой образования огромного количества радиоактивных отходов.
По агрегатному состоянию радиоактивные отходы подразделяются на жидкие, твердые и газообразные. К газообразным отходам относят радон и пыль в горных выработках, радиоактивные газы, образованные при работе АЭС: 3Н, 85Kr, 14С и т. п. К жидким радиоактивным отходам относят органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы. Из всех видов радиоактивных отходов наиболее распространены именно жидкие отходы.
В зависимости от изотопного состава и концентрации изотопов выделяют высоко-, средне- и низкоактивные отходы. Твердые и жидкие радиоактивные отходы минерально-сырьевого комплекса содержат главным образом естественные радионуклиды рядов распада урана-238, тория-232 и урана-235. Эти отходы характеризуются самой большой массой в ядерно-топливном цикле, однако являются низкоактивными и сосредоточены в открытых хранилищах. Основная часть (как по количеству, так и по суммарной активности) высоко- и среднеактивных отходов сосредоточена в пунктах хранения, изолированных от окружающей среды.
При эксплуатации АЭС образуется три основных вида радиоактивных отходов:
- отработавшее топливо, которое представляет собой спрессованные спеченные таблетки диоксида урана, заключенные в герметичную оболочку, или твэлы;
- отходы эксплуатации реакторов;
- отходы демонтажа.
Следует отметить, что в разных государствах проводится разная политика обращения с облученным (отработанным) ядерным топливом. В некоторых странах отработанное топливо после выгрузки из реактора поступает на временное хранение, затем на промежуточное хранение и в перспективе на длительное хранение и захоронение. Эта политика соответствует открытому ядерному топливному циклу, и в ее рамках отработанное топливо рассматривается как радиоактивные отходы. Другие государства рассматривают отработанное топливо, как ценное сырье, которое следует перерабатывать и извлекать из него, прежде всего, плутоний и уран для производства нового ядерного топлива и его использования в ядерных реакторах (замкнутый ядерный топливный цикл)

. В процессе переработки отработанного топлива помимо выделения полезной продукции (плутоний и уран, а также отдельные виды изотопов), неизбежно образуется значительное количество радиоактивных отходов, содержащих продукты деления, минорные актиноиды, технологические «потери» выделения плутония и урана и некоторые компоненты загрязненных конструкционных элементов.
Существенно увеличивает объемы радиоактивных отходов вывод объектов атомной энергетики из эксплуатации. Среди твердых радиоактивных отходов при выводе АЭС из эксплуатации можно выделить три группы отходов (характеризующиеся большими объемами, различной активностью и рядом специфических свойств):
- металлические отходы;
- отходы строительных материалов;
- отходы, возникающие при демонтаже, связанные с разрушением защитных барьеров.
На настоящий момент только на предприятиях Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» в пунктах хранения находится более 500 млн м3 жидких радиоактивных отходов. Твердые радиоактивные отходы находятся в 274 пунктах хранения и составляют по массе около 180 млн т. При этом, по оценкам российских предприятий, до 90% объема жидких радиоактивных отходов находится в хранилищах, не отвечающих современным требованиям по изоляции их от окружающей среды. Открытые хранилища радиоактивных отходов (отвалы, хвостохранилища, отстойники), являются источником аэрозольно-пылевых, почвенных, гидрохимических ореолов радионуклидов в концентрациях, превышающих нормативы.
Обращение с радиоактивными отходами как с обычными промышленными отходами, применявшееся на начальных этапах развития атомной промышленности как в нашей стране, так и за рубежом показало, что опасность, связанная с радиоактивными отходами, была серьезно недооценена. В должной мере не было учтено их тепловое и радиационное воздействие, что привело к радиационному инциденту в 1949—1951 гг. и радиационной аварии в 1957 г. на ФГУП «ПО «Маяк».

Традиционные подходы к проблеме радиоактивных отходов

При сооружении первых АЭС в 60-х годах 20 века при них создавались бассейны для хранения отработавшего топлива, рассчитанные на выдержку в них топлива в течение 2-3 лет, после чего предполагалось, что оно будет транспортироваться на перерабатывающие заводы. Однако в большинстве стран Западной Европы, где развивалась атомная энергетика (Финляндия, Франция, Англия) первоначальные программы по переработке отработанного ядерного топлива были отложены по экономическим причинам. Это привело к созданию централизованных долговременных хранилищ. При этом низко- и среднеактивные отходы обычно захоранивали в поверхностных слоях земли после минимальной предварительной обработки. Высокоактивные жидкие отходы хранили обычно в больших емкостях, изготовленных из углеродистой или нержавеющей стали, которые размещали на уровне и немного ниже уровня земли.
Радиоактивные отходы сбрасывали в море с кораблей в специальных упаковках, которые достигали морского дна либо в неповрежденном виде, либо взрывались для рассеивания радиоактивного материала в морской воде