Где и как хранят радиоактивные отходы в России: классификация ядерных отходов, способы дезактивации, хранения и захоронения отходов 1 и 2 класса опасности

Добыча полезных ископаемых, производственные процессы, исследования, применение диагностического оборудования – основные способы образования радиоактивных отходов (РАО). Они представляют отдельную группу чрезвычайно опасных материалов. По этой причине требуют особого обращения. Главная опасность заключается в том, что радионуклиды, содержащиеся в отходах этой категории, характеризуются высокой проникающей способностью. Важно получить точное представление, где и как хранят радиоактивные отходы. Это позволит предупредить заражение окружающих предметов, живых существ, почвы, воды и воздуха.

Радиоактивные отходы: определение, отличие от ядерных и источники загрязнения

Необходимо лучше узнать, что собой представляют радиоактивные отходы или РАО. Это группа материалов, содержащих ядерные и радиоактивные вещества, которые более не могут применяться. К первой группе относятся расщепляющиеся ядерные компоненты. Радиоактивные материалы испускают ионизирующее излучение. Однако они не относятся к ядерным. Но между ними есть нечто общее – это способность продуцировать энергию:

• ядро атомов ядерных отходов склонно к делению, этот процесс сопровождается выделением некоторого количества энергии:
• ядра химических элементов, изотопов радиоактивных веществ тоже продуцируют тепло, что является следствием другого процесса – отделения альфа- или бета-частиц, что происходит на большой скорости.

Учитывая это сходство, а также отличия, можно подытожить, что ядерные отходы являются радиоактивными, но не наоборот. Источниками загрязнения окружающей среды выступают объекты:

• производственные: получение ядерного топлива, вентиляционные выбросы в атмосферу через фильтрационные системы, продукты функционирования исследовательских установок, переработки топлива;
• медицинские: тара, посуда из исследовательских центров, лабораторий, ЛПУ;
• естественные: природные источники радиации, при этом материалы, представляющие собой ресурсы экосистемы, могут содержать малое количество радионуклидов (например, уголь, фосфаты, природный газ и др.).

Критерии оценки радиоактивности отходов

Существуют физические параметры, позволяющие определить, относятся ли материал к РАО:

• суммированные значения отношений удельных активностей радионуклидов к предельно допустимым значениям – более 1;
• для твердых отходов: активность радионуклидов выше 1 Бк/г для альфа-частиц и 100 Бк/г для бета-частиц;
• для жидких отходов: активность радионуклидов для альфа- и бета-частиц выше 0,05 Бк/г.

Если РАО образуются на объектах других видов (не промышленных), параметры иные:

• для твердых материалов: суммарное значение родия-226, тория-232, калия-40 более 1 Бк/г;
• для жидких: суммарная активность урана-228, тория-232 более 12 Бк/г.

Главные показатели радиоактивных отходов

При определении категории материалов, содержащих радионуклиды, учитывают параметры:

• степень концентрации радиоактивных веществ: она может быть низкой, что делает материалы малоопасными и высокоопасными, в этом случае требуется соблюдать правила радиационной защиты, например, как в изолированных источниках радиации;
• период полураспада – отрезок времени, за который происходит снижение степени опасности радиоактивных отходов, класс опасности при этом тоже меняется.

Классификация радиоактивных отходов

Классификация опасного мусора осуществляется по разным критериям:

• агрегатное состояние;
• длительность жизни;
• степень активности;
• состав опасных материалов.

По степени риска

Существуют удаляемые и особые материалы, относящиеся к РАО. Если радиоактивные отходы не причисляются к первой из этих групп, они являются удаляемыми. Федеральным законом № 190 определен порядок обращения с ними. Особенности каждого из вариантов:

• удаляемые материалы из категории РАО: должны проходить процедуру извлечения, переработки, их направляют на объекты для захоронения;
• особые: могут быть утилизированы на местах образованиях, здесь же их оставляют для безвременного хранения на постоянных условиях.

По длительности полураспада радионуклидов

Срок жизни опасных частиц зависит от вида элемента. Изучив, что такое ядерные отходы, можно узнать, что эти вещества могут сохранять свойства на протяжении десятков, сотен, тысяч и даже миллионов лет. Разновидности материалов:

• долгоживущие: сохраняют некоторое количество радионуклидов, период полураспада наиболее длительный;
• короткоживущие: к этой группе относятся высокоопасные материалы, они сильно радиоактивны, однако могут жить не более 1 миллисекунды, иногда и дольше, но распад частиц на более мелкие происходит стремительно.

По агрегатному состоянию

Выделяют радиоактивные отходы 3 групп:

• твердые;
• жидкие;
• газообразные.

Но на захоронение отправляют лишь вещества с определенными параметрами. Характеристики материалов, которые относятся к разным категориям:

• твердые: продукты переработки ОЯТ, встречаются несколько категорий, среди них – с высокой активностью (бета-частицы – более 10⁷кБк/кг, альфа – от 10⁶кБк/кг и выше), средней активностью (бета-частицы – от 10⁴-10⁷кБк/кг, альфа – 10³-10⁶кБк/кг), низким показателем этого параметра (бета-частицы – 10³-10⁴кБк/кг, альфа – 10²-10³кБк/кг), с минимальной активностью (бета-частицы – до 10³кБк/кг, альфа – до 10²кБк/кг);
• жидкие: источником являются промышленные объекты, электростанции, ядерные отходы этой группы образуются также вследствие техногенной катастрофы, уровень опасности зависит от содержания частиц, например, отмечают высокоактивные (более 10⁶-10⁷кБк/кг, верхний предел для бета-частиц выше), среднеактивные (бета-частицы – 10³-10⁷кБк/кг, альфа – 10²-10⁶кБк/кг), низкоактивные (до 10²-10³кБк/кг, для бета-частиц верхний предел выше, чем для альфа);
• газообразные: высвобождаются, когда перерабатываются радиоактивные отходы, а также на участках, которые загрязнены радиацией.

По удельной активности

При выполнении классификации материалов необходимо ориентироваться на несколько параметров. Не следует принимать во внимание только удельную активность, т. к. эта величина не является строгой. Варианты:

• высокоактивные – наиболее опасные, характеризуются коротким периодом полураспада;
• среднеактивные – умеренно опасные;
• низкоактивные – малоопасные, делятся еще на 4 класса (А, В, С, GTCC);
• очень низкоактивные – почти безвредные, но содержат некоторое количество радионуклидов;
• трансурановые – материалы определены в одну группу на территории США, содержат альфа-излучающие трансурановые частицы, период разложения – не менее 20 лет.

По составу излучения

Излучение, которое продуцируют радиоактивные отходы, отличается по типу активных частиц:

• альфа: характеризуются низкой проникающей способностью, материалы опасны при попадании частиц в организм человека;
• бета: характеризуются более низкой ионизирующей способностью, однако отличаются способностью проникать через биологические ткани толщиной до 3 см;
• гамма: характеризуется высокой скоростью распространения и проникающей способностью, но сниженной ионизирующей способностью.

Обособленные категории отходов

Обеспечение безопасности на объектах переработки радиоактивных материалов возможно при условии, что был выбран подходящий метод с учетом состава. Кроме приведенных выше, отмечают и другие категории отходов:

• образуемые во время добычи или использования урана: отмечается сложность процесса деления ядер урана, что мешает развитию атомной энергетики, у материалов этой группы высокий уровень опасности;
• получаемые в процессе добычи минеральных ресурсов, не связанных с использованием атомной энергии: материалы относятся к отдельной категории, но при классификации их не относят к РАО, если за основу взят стандартный способ определения уровня опасности (оценка величины, полученной в результате соотношения удельных/объемных активностей радионуклидов к их предельным значениям).

Таблица: Классификация РАО по степени опасности

Учитывают разные значения активностей материалов, в соответствии с чем определяется класс опасности (всего их 5). В таблице собраны все разновидности, представлены основные параметры:

В чем опасность РАО для окружающей среды и человечества

В России, как и во многих других странах по всему миру, ядерные отходы образуются в огромном количестве. Неосторожное обращение даже с малым объемом таких материалов приводит к заражению окружающей среды, созданию мертвой зоны, которую запрещено использовать. По этой причине оцениваются риски при выполнении операций с ними.

Опасным считается попадание мусора такой категории в водоемы. При этом он распространяется по окружающему участку, осаждается на дне, где продолжает загрязнять природу.

Таблица: Последствия воздействия РАО по степени облучения

Уровень активности, период полураспада частиц, а также состав материалов – все эти факторы оказывают влияние на организм человека. Для определения интенсивности воздействия радионуклидов используют единицу измерения поглощенного ионизирующего излучения:

Принципы утилизации РАО и допущенные ранее ошибки

Если выполняется захоронение ядерных отходов, необходимо учитывать,что эффективность этой процедуры напрямую зависит от качества сбора и дополнительной обработки.

Но также нужно обеспечить безопасность живых существ. Это значит, что до ближайшего города предусматривается не менее 20 км, исключается риск затопления местности, как и образования оползней.

Ранее считалось нормой выделение малого количества РАО, которые попадали в атмосферу, почву и воду. Однако эти исследования закрыли, когда оказалось, что радиация может накапливаться в водоемах, как, например, в р. Теча.

Захоронение радиоактивного мусора

Выбирают участок дальше от водоемов, грунтовые воды тоже должны пролегать как можно ниже основания могильника, где будут содержаться радиационные отходы. От этого будет зависеть срок службы сооружения. С целью хранения ядерных отходов используют только объекты, которые находятся далеко от поселений. Сам же процесс захоронения является конечным этапом при обращении с опасным мусором.

Сортировка по степени радиационной активности, разновидности и длительности распада

Чтобы отправить на длительное хранение радиоактивные отходы, нужно соблюдать порядок действий. На участках образования или утилизации мусор необходимо разделять на категории с учетом основных параметров: агрегатного состояния, периода полураспада, состава и свойств каждого из материалов, класса опасности.

Дезактивация опасных отходов

С целью утилизации радиоактивных отходов материалы проходят этапы обезвреживания. Рассматривают основные способы снижения уровня вреда:

• применение карбоната натрия: активный компонент реагирует на радионуклиды, содержащиеся в составе твердых отходов, затем останется извлечь остатки опасного мусора;
• растворение в азотной кислоте: происходит переход из жидкого состояния в твердое, минусом такой техники является высокая стоимость реализации;
• элюирование почвы: загрязненная земля, в которой содержатся РАО, подвергается обработке аммиака вместе с солями аммония, что способствует удалению радионуклидов.

Дезактивация жидких отходов

Для захоронения не направляют материалы в жидкой форме, поэтому выбирают способ их переработки/дезактивации. Рассматривают варианты:

• физический метод: из материала удаляют влагу, герметично закрывают, после чего отправляют на специальные предприятия;
• химический: используют реагенты природного происхождения, благодаря чему появляется возможность отправить материалы на объекты для захоронения, но такой способ переработки имеет недостаток – образуется много побочных продуктов после взаимодействия веществ;
• комбинированный: сначала отходы очищаются с использованием химикатов, затем удаляются радионуклиды, а применяется на этом этапе уже физический способ.

Подготовка к захоронению

Чтобы отправить материалы высокого уровня опасности на участки для захоронения, нужнопредварительно утилизировать их. При этом отходы подвергаются дополнительной переработке, что позволяет изменить структуру и свойства:

• плазменное сжигание: материалы подвергаются воздействию высоких температур, при этом содержатся в среде, где нет кислорода, продукты сгорания проходят этап дожига в другой камере, что позволит удалить больше опасных компонентов;
• сжигание в печах: продукты сгорания проходят многоступенчатую очистку, таким способом утилизируют отходы разного агрегатного состояния (твердые и жидкие вещества), образовавшийся твердый осадок отправляется на объекты для захоронения;
• прессование: хранилище радиоактивных отходов характеризуется определенными габаритами, а потому отработанные материалы максимально уплотняют при помощи компакторов, чтобы объект эксплуатировался как можно дольше, мусор уменьшается в объеме до 15 раз;
• цементирование и битумирование: из-за высокой проникающей способности радионуклидов необходимо создать дополнительный барьер при захоронении мусора, для чего он заливается раствором на основе песка, цемента, битума;
• витрификация (остекловывание): метод считается одним из безопасных, благодаря ему частицы фиксируются в матрице, созданной при помощи боросиликатного стекла;
• «Синрок»: способ позволяет снизить уровень агрессивного воздействия РАО на окружающую среду, при этом отходы помещаются в синтетическую горную породу, в состав которой входят компоненты, нейтрализующие действие определенных излучающих элементов;
• инкапсуляция: метод предполагает содержание отходов в специальных емкостях, разделенных на отсеки;
• трансмутация: способ основан на сжигании материалов, что способствует выделению энергии, преобразованию некоторых долгоживущих элементов в короткоживущие, а также сокращению периода полураспада.

Вторичное использование в качестве источника энергии

Среди радиоактивных отходов нет материалов с восстанавливаемыми свойствами. Единственный вариант – повторное применение ядерного топлива. Целью переработки является получение альтернативного источника энергии, что достигается путем выделения полезных веществ, уменьшения уровня радиоактивной опасности. Реализуется метод посредством разделения при помощи химических веществ.

Правила транспортировки РАО к местам захоронения

После подготовки необходимо доставить к выбранным местам захоронения радиоактивные отходы, уровень опасности которых снижен до приемлемого уровня. Основные требования:

• для перевозки используют герметичную тару;
• компания-перевозчик должна иметь лицензию на обращение мусора, который относится к категории РАО;
• регулярно проводится радиационный контроль кабины, кузова.

Виды могильников радиоактивных отходов

Для содержания мусора, представляющего опасность, рассматривают 2 способа: поверхностное и глубинное захоронение. Выбор делается с учетом степени активности материалов.

Хранилища

Радиоактивные отходы в России можно содержать на поверхности, если уровень их опасности умеренный:

• сухие: хранилища этого вида должны содержать помещения, оборудованные бетонными блоками, в которых будут храниться РАО, рекомендованный способ охлаждения – воздушная система;
• мокрые: хранилища располагаются на поверхности земли, но отходы содержатся в бассейнах под 2-метровым слоем дистиллированной воды.

Глубокие могильники РАО

Рекомендованная глубина – несколько сотен метров ниже поверхности грунта. Это позволяет ограничить проникающую способность чрезвычайно опасных материалов, содержащих альфа-частицы, а также умеренно опасные, но при этом долгоживущие вещества.

Правила организации захоронения

Наземные хранилища отличаются ограниченным сроком эксплуатации – несколько десятков лет. Для их обустройства, как и для организации глубоких могильников, выбирают не сейсмоактивные зоны. Предусматривается санитарная зона вокруг таких объектов – радиусом 1 км.

В чем осуществляется хранение РАО. Требования к контейнерам

С целью хранения, перевозки используют транспортные контейнеры. Они не должны иметь высокий уровень радиационного загрязнения, что проверяется с учетом норм. Требования:

• герметичность;
• прочность под воздействием механических нагрузок;
• обеспечение биологической защиты;
• заполнение с учетом грузоподъемности;
• коррозионная стойкость;
• термостойкость;
• возможность дезактивации.

Консервации старых источников радиоактивных отходов времен советского союза

Утилизация ядерных отходов в России проводится с учетом степени давности хранилищ. Старые объекты, которые давно не действуют, подвергаются рекультивации. При этом используются недавно разработанные технологии – торможение миграции радионуклидов фосфогипсом.

Альтернативные способы захоронения РАО

Постоянно ведется разработка новых технологий, позволяющих отправить на хранение опасные материалы. Среди тех, что ранее рассматривались, но не перешли в разработку по разным причинам:

• выброс в космос: было рекомендовано направлять РАО на орбиту Земли или по направлению к солнцу, однако такой вариант может привести к непредсказуемым последствиям, кроме того, его реализация обойдется дорого;
• помещение в ледники: недостатком является постоянное воздействие источника тепла, что могло привести к таянию льдов;
• размещение в зонах подвижек земной коры: на дне мирового океана образованы литосферные разломы, размещение здесь РАО могло привести к их погребению под толщей лавы, магмы, но проект не был реализован;
• погребение в морских глубинах и под морским дном: для реализации идеи были выбраны области рядом с безлюдными островами.

Международные проекты захоронения РАО

Мировое сообщество решает вопрос путем крупномасштабного строительства могильника на территории Австралии или РФ. Но идея не нашла поддержки среди населений разных стран. С 2008 г. МАГАТЭ занимается разработкой проекта РАО (GEOSAF).

Видео: Наука атома. РАО

Проблема захоронения радиоактивных отходов в России

Наиболее опасными являются отходы, образующиеся при переработке ядерного топлива. В результате высвобождаются вещества, материалы 1 и 2 класса опасности. Ежегодно образуется большое количество таких отходов, которые проходят процедуру остекловывания. Они накапливаются, т. к. нет опыта строительства могильников с достаточным уровнем защиты (все существующие рассчитаны на отходы 3 и 4 класса опасности).

Действующие захоронения РАО и печальный опыт. Ввоз РАО из других стран

Утилизация ядерных отходов в России не всегда соответствует законодательным нормам. Действующие и уже закрытые объекты для захоронения РАО способствуют загрязнению окружающей среды:

• озеро Карачай;
• Семеновский могильник в Нижегородской обл.;
• Челябинское озеро;
• Могильники в Якутии.

Кроме того, некоторое время назад на территорию Российской Федерации ввозились РАО – обедненный уран, что лишь усугубило ситуацию.

РосАтом и концепция ЗЯТЦ

Один из способов уменьшения объема опасных отходов – замкнутый цикл переработки ядерного топлива. При этом появляется возможность сокращения добычи полезных ископаемых. Теперь используется возвратное ядерное топливо.

Видео: Радиация в России. Самые опасные города. Радиоактивные отходы и ядерные объекты

Мнение эколога

Складовская Е.Н.

Эколог

Задать вопрос

Порядок обращения с радиоактивными отходами не всегда соблюдается. Сегодня образовалось достаточно много объектов, представляющих опасность для экосистемы – законсервированных или забытых. Кроме того, в оврагах, находящихся в пределах городов, тоже часто повышен уровень радиации – ранее было допустимо сбрасывать некоторое количество РАО в сточные воды, грунт рядом с предприятиями.

Комментарий юриста

Маркин О.Г.

Юрист

Задать вопрос

Пока хранение высокоопасных ядерных отходов не соответствует законодательным нормам. Но я знаю, что уже положено начало для организации подземных сооружений (перерабатывающего предприятия, лабораторий). Снаружи это место будет выглядеть обычно. Внутри же (на глубине нескольких сотен метров) хранятся опасные отходы, которые подлежат переработке.