Радиоактивные отходы

метки: Радиоактивный, Хранение, Отход, Плутоний, Захоронение, Inzhpro, Продукт, Качество

Радиоактивные отходы образуются в различных формах с весьма разными физическими и химическими характеристиками, такими, как концентрации и периоды полураспада составляющих их радионуклидов. Эти отходы могут образовываться:

• в газообразной форме, как, например, вентиляционные выбросы установок, где обрабатываются радиоактивные материалы;
• в жидкой форме, начиная от растворов сцинтилляционных счётчиков из исследовательских установок до жидких высокоактивных отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива;
• в твёрдой форме (загрязнённые расходные материалы, стеклянная посуда из больниц, медицинских исследовательских установок и радиофармацевтических лабораторий, остеклованные отходы от переработки топлива или отработавшего топлива от АЭС, когда оно считается отходами).

Примеры источников появления радиоактивных отходов в человеческой деятельности:

• ПИР (природные источники радиации).

  Существуют вещества, обладающие природной радиоактивностью, известные как природные источники радиации (ПИР).

  Бо́льшая часть этих веществ содержит долгоживущие нуклиды, такие как калий-40, рубидий-87 (являются бета-излучателями), а также уран-238, торий-232 (испускают альфа-частицы) и их продукты распада.^[2] .

Работа с такими веществами регламентируются санитарными правилами, выпущенными Санэпиднадзором. ^[3]

• Уголь. Уголь содержит небольшое число радионуклидов, таких как уран или торий, однако содержание этих элементов в угле меньше их средней концентрации в земной коре.

Их концентрация возрастает в зольной пыли, поскольку они практически не горят. ^[4]

Однако радиоактивность золы также очень мала, она примерно равна радиоактивности чёрного глинистого сланца и меньше, чем у фосфатных пород, но представляет известную опасность, так как некоторое количество зольной пыли остается в атмосфере и вдыхается человеком. При этом совокупный объём выбросов достаточно велик и составляет эквивалент 1000 тонн урана в России и 40000 тонн во всём мире. ^[4]

• Нефть и газ. Побочные продукты нефтяной и газовой промышленности часто содержат радий и продукты его распада. Сульфатные отложения в нефтяных скважинах могут быть очень богаты радием; вода, нефть и газ в скважинах часто содержат радон[источник не указан 312 дней

  [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

  9 стр., 4018 слов

  Утилизация радиоактивных отходов

  ... радиоактивных отходов в формы, подходящие для последующего обращения с ними, например, перевозки, хранения и окончательного удаления. Защита людей и окружающей среды от радиации и возможной дисперсии радиоактивных ... установках будут оставаться радиоактивные материалы, с ними нужно обращаться как с радиоактивными отходами ... удобрений (один из конечных продуктов фосфатной промышленности) приводит к ...

  ]

  . При распаде радон образует твердые радиоизотопы, образующие осадок внутри трубопроводов. На нефтеперерабатывающих заводах участок производства пропана обычно является одной из самых радиоактивных зон, так как радон и пропан обладают одинаковой температурой кипения[источник не указан 312 дней

  [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

  ]

  .
• Обогащение полезных ископаемых. Отходы, полученные при обогащении полезных ископаемых, могут обладать природной радиоактивностью[источник не указан 312 дней

  [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

  ]

  .
• Медицинские РАО. В радиоактивных медицинских отходах преобладают источники бета- и гамма-лучей[источник не указан 301 день

  [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

  ]

  . Эти отходы разделены на два основных класса. В диагностической ядерной медицине используются короткоживущие гамма-излучатели, такие как технеций-99m (⁹⁹ Tc^m ).

  Большая часть этих веществ распадается в течение короткого времени, после чего может быть утилизирована как обычный мусор^{[источник не указан 301 день}

  [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

  ] . Примеры других изотопов, используемых в медицине (в круглых скобках указан период полураспада): Иттрий-90, используется при лечении лимфом(2,7 дня); Иод-131, диагностика щитовидной железы, лечение рака щитовидной железы (8 дней); Стронций-89, лечение рака костей, внутривенные инъекции (52 дня); Иридий-192, брахитерапия (74 дня); Кобальт-60, брахитерапия, внешняя лучевая терапия (5,3 года); Цезий-137, брахитерапия, внешняя лучевая терапия (30 лет).

• Промышленные РАО. Промышленные РАО могут содержать источники альфа-, бета-, нейтронного или гамма-излучения[источник не указан 312 дней

  [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

  ]

  . Альфа-источинки могут применять в типографии (для снятия статического заряда); гамма-излучатели используются в радиографии; источники нейтронного излучения применяются в различных отраслях, например, при радиометрии нефтяных скважин. Пример применения бета-источников: радиоизотопные термоэлектрические генераторы для автономных маяков и иных установок в труднодоступной для человека местности (например, в горах).

2. Классификация

Условно радиоактивные отходы делятся на:

• низкоактивные (делятся на четыре класса: A, B, C и GTCC (самый опасный);
• среднеактивные (законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс, термин в основном используется в странах Европы);
• высокоактивные.

Законодательство США выделяет также трансурановые РАО. К этому классу относятся отходы, загрязненные альфа-излучающими трансурановыми радионуклидами, с периодами полураспада более 20 лет и концентрацией большей 100 нКи/г, вне зависимости от их формы или происхождения, исключая высокоактивные РАО ^] . В связи с долгим периодом распада трансурановых отходов их захоронение проходит тщательнее, чем захоронение малоактивных и среднеактивных отходов. Также особое внимание этому классу отходов выделяется потому, что все трансурановые элементы являются искусственными и поведение в окружающей среде и в организме человека некоторых из них уникально.

Ниже приведена классификация жидких и твёрдых радиоактивных отходов (проект ОСПОРБ-99).

	Удельная (объёмная) активность, Бк/кг (Бк/л)
Категория отходов	Бета-, гамма излучающие нуклиды	Альфаизлучающие нуклиды (исключая трансурановые)	Трансурановые радионуклиды
Низкоактивные	Менее 10 6	Менее 10 5	Менее 10 4
Среднеактивные	От 10 6 до 1010	От 10 5 до 1010	От 10 4 до 108
Высокоактивные	Более 10 10	Более 10 p9	Более 10 8

Одним из критериев такой классификации является тепловыделение. У низкоактивных РАО тепловыделение чрезвычайно мало. У среднеактивных оно существенно, но активный отвод тепла не требуется. У высокоактивных РАО тепловыделение настолько велико, что они требуют активное охлаждение.

3. Обращение с радиоактивными отходами

Изначально считалось, что достаточной мерой является рассеяние радиоактивных изотопов в окружающей среде, как и в других отраслях промышленности. На предприятии «Маяк» в первые годы работы все радиоактивные отходы сбрасывались в близлежащие водоёмы. В следствие чего загрязнёнными оказались теченский каскад водоёмов и сама река Теча.

Позже выяснилось, что за счёт естественных природных и биологических процессов радиоактивные изотопы концентрируются в тех или иных подсистемах биосферы (в основном в животных, в их органах и тканях), что повышает риски облучения населения (за счёт перемещения больших концентраций радиоактивных элементов и возможного их попадания с пищей в организм человека).

Поэтому отношение к радиоактивным отходам было изменено.

На данный момент сформирован ряд принципов, нацеленных на такое обращение с радиоактивными отходами, которое обеспечит защиту здоровья человека и охрану окружающей среды сейчас и в будущем, не налагая чрезмерного бремени на будущие поколения.

Основополагающие принципы обращения с радиоактивными отходами:

1) Защита здоровья человека

2) Охрана окружающей среды

3) Защита за пределами национальных границ

4) Защита будущих поколений

5) Бремя для будущих поколений

6) Национальная правовая структура

7) Контроль за образованием радиоактивных отходов

8) Взаимозависимости образования радиоактивных отходов и обращения с ними

9) Безопасность установок

3.1. Основные стадии обращения с радиоактивными отходами

• При хранении радиоактивных отходов их следует содержать таким образом, чтобы:
  • обеспечивались их изоляция, охрана и мониторинг окружающей среды;
  • по возможности облегчались действия на последующих этапах (если они предусмотрены).

В некоторых случаях хранение может осуществляться главным образов по техническим соображениям, например, хранение радиоактивных отходов, содержащих в основном короткоживущие радионуклиды, в целях их распада и последующего сброса в санкционированных пределах или хранение радиоактивных отходов высокого уровня активности до их захоронения в геологических формациях в целях уменьшения тепловыделения.

• Предварительная обработка отходов является первоначальной стадией обращения с отходами. Она включает сбор, регулирование химического состава и дезактивацию и к ней может относиться период промежуточного хранения. Эта стадия очень важна, так как во многих случаях в ходе предварительной обработки представляется наилучшая возможность для разделения потоков отходов.

• Обработка радиоактивных отходов включает операции, цель которых состоит в повышении безопасности или экономичности посредством изменения характеристик радиоактивных отходов. Основные концепции обработки: уменьшение объёма, удаление радионуклидов и изменение состава. Примеры:
  • сжигание горючих отходов или уплотнение сухих твёрдых отходов;
  • выпаривание, фильтрация или ионный обмен потоков жидких отходов;
  • осаждение или флокуляция химических веществ.

• Кондиционирование радиоактивных отходов состоит из таких операций, в процессе которых радиоактивные отходы превращают в форму, приемлемую для перемещения, перевозки, хранения и захоронения. Эти операции могут включать иммобилизацию радиоактивных отходов, помещение отходов в контейнеры и обеспечение дополнительной упаковки. Общепринятые методы иммобилизации включают отвердение жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности путём их включения в цемент (цементирование) или битум (битумирование), а также остекловывание жидких радиоактивных отходов. Иммобилизованные отходы в свою очередь в зависимости от характера и их концентрации могут упаковываться в различные контейнеры, начиная от обычных 200-литровых стальных бочек до имеющих сложную конструкцию контейнеров с толстыми стенками. В многих случаях обработка и кондиционирование проводятся в тесной связи друг с другом.

• Захоронение главным образом состоит в том, что радиоактивные отходы помещаются в установку для захоронения при соответствующем обеспечении безопасности без намерения их изъятия и без обеспечения долгосрочного наблюдения за хранилищем и технического обслуживания. Безопасность в основном достигается посредством концентрации и удержания, что предусматривает изоляцию надлежащим образом концентрированных радиоактивных отходов в установке для захоронения.

4. Технологии

4.1. Обращение со среднеактивными РАО

Обычно в ядерной индустрии среднеактивные РАО подвергаются ионному обмену или другим методам, целью которых является концентрация радиоактивности в малом объёме. После обработки уже гораздо менее радиоактивное тело полностью обезвреживают. Существует возможность использовать гидроксид железа в качестве флокулянта для удаления радиоактивных металлов из водных растворов. После абсорбции радиоизотопов гидроксидом железа полученный осадок помещают в металлический барабан, где он перемешивается с цементом, образуя твердую смесь. Для большей стабильности и долговечности цемент изготовляют из зольной пыли или печного шлака и портландцемента (в отличие от обычного цемента, который состоит из портландцемента, гравия и песка).

4.2. Обращение с высокоактивными РАО

4.2.1. Хранение

Для временного хранения высокоактивных РАО предназначены резервуары для хранения отработанного ядерного топлива и хранилища с сухотарными бочками, позволяющие распасться короткоживущим изотопам перед дальнейшей переработкой.

4.2.2. Витрификация

Долговременное хранение РАО требует консервации отходов в форме, которая не будет вступать в реакции и разрушаться на протяжении долгого времени. Одним из способов достижения подобного состояния является витрификация (или остеклование).

В настоящее время в Селлафилде (Великобритания) высокоактивные РАО (очищенные продукты первой стадии пурекс-процесса) смешивают с сахаром и затем кальцинируют. Кальцинирование подразумевает прохождение отходов через нагретую вращающуюся трубу и ставит целью испарение воды и деазотирование продуктов деления, чтобы повысить стабильность получаемой стекловидной массы.

В полученное вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали. Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде ^] .

После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остается неизменным в течение многих тысяч лет.

Стекло внутри цилиндра имеет гладкую черную поверхность. В Великобритании вся работа проделывается с использованием камер для работы с высокоактивными веществами. Сахар добавляется для предотвращения образования летучего вещества RuO ₄ , содержащего радиоактивный рутений. На Западе к отходам добавляют боросиликатное стекло, идентичное по составу пирексу; в странах бывшего СССР обычно применяют фосфатное стекло. Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, так как некоторые элементы (палладий, металлы платиновой группы и теллур) стремятся образовать металлические фазы отдельно от стекла. Один из заводов по витрификации находится в Германии, там перерабатываются отходы деятельности небольшой демонстрационной перерабатывающей фабрики, прекратившей свое существование.

источник не указан 301 день

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

В 1989 и 1992 годах Франция ввела в строй коммерческие заводы по витрификации высокоактивных РАО, оставшихся от переработки оксидного топлива, несмотря на наличие аналогичных заводов во многих других странах, особенно в Великобритании и Бельгии. Пропускная способность западноевропейских заводов составляет порядка 1000 тонн в год, некоторые из них работают уже 18 лет.

4.2.3. Синрок

источник не указан 301 день

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

4.2.4. Геологическое захоронение

Поиски подходящих мест для глубокого окончательного захоронения отходов в настоящее время ведутся в нескольких странах; ожидается, что первые подобные хранилища вступят в эксплуатацию после 2010 года. Международная исследовательская лаборатория в швейцарском Гримзеле занимается вопросами, посвященными захоронению РАО. Швеция говорит о своих планах по прямому захоронению использованного топлива с использованием технологии KBS-3, после того, как шведский парламент счёл её достаточно безопасной. В Германии в настоящее время ведутся дискуссии о поисках места для постоянного хранения РАО, активные протесты заявляют жители деревни Горлебен региона Вендланд. Это место вплоть до 1990 года казалось идеальным для захоронения РАО благодаря своей близости к границам бывшей Германской демократической республики. Сейчас РАО находятся в Горлебене на временном хранении, решение о месте их окончательного захоронения пока не принято. Власти США выбрали местом захоронения Юкка-Маунтин, штат Невада, однако данный проект встретил сильное противодействие и стал темой жарких дискуссий. Существует проект создания международного хранилища высокоактивных РАО, в качестве возможных мест захоронения предлагаются Австралия и Россия. Однако власти Австралии выступают против подобного предложения.

Существуют проекты захоронения РАО в океанах, среди которых — захоронение под абиссальной зоной морского дна, захоронение в зоне субдукции, в результате чего отходы будут медленно опускаться к земной мантии, а также захоронение под природным или искусственным островом ^] . Данные проекты имеют очевидные достоинства и позволят решить на международном уровне неприятную проблему захоронения РАО, но, несмотря на это, в настоящее время они заморожены из-за запрещающих положений морского права. Другая причина состоит в том, что в Европе и Северной Америке всерьез опасаются утечки из подобного хранилища, что приведет к экологической катастрофе. Реальная возможность подобной опасности не доказана; тем не менее, запреты были усилены после сброса РАО с кораблей. Однако, в будущем о создании океанских хранилищ РАО всерьез способны задуматься страны, которые не смогут найти других решений данной проблемы.

неавторитетный источник?

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

Более реальным ^] выглядит проект под названием «Remix & Return» (Перемешивание и возврат), суть которого состоит в том, что высокоактивные РАО, смешанные с отходами из урановых рудников и обогатительных фабрик до первоначального уровня радиоактивности урановой руды, будут затем помещены в пустые урановые рудники. Достоинства данного проекта: исчезновение проблемы высокоактивных РАО, возврат вещества на место, предназначенное ему природой, обеспечение работой горняков, и обеспечение цикла удаления и обезвреживания для всех радиоактивных материалов.

4.2.5. Трансмутация

Существуют разработки реакторов, потребляющих в качестве топлива РАО, превращая их в менее вредные отходы, в частности, интегральный ядерный реактор на быстрых нейтронах, не производящий трансурановых отходов, а, по сути, потребляющий их. Проект был заморожен правительством США на стадии крупномасштабных испытаний. Другим предложением, более безопасным, но требующим дополнительных исследований, является переработка подкритическими реакторами трансурановых РАО.

Существуют также теоретические исследования, посвященные использованию термоядерных реакторов в качестве «актиноидных печей». В таком комбинированном реакторе быстрые нейтроны термоядерной реакции делят тяжелые элементы (с выработкой энергии) или поглощаются долгоживущими изотопами с образованием короткоживущих. В результате исследований, недавно проведенных Массачусетским технологическим институтом, было обнаружено, что всего 2-3 термоядерных реактора, схожих по параметрам с международным экспериментальным термоядерным реактором ИТЭР, способны преобразовывать количество актиноидов, вырабатываемое всеми ядерными реакторами на легкой воде. Кроме этого, каждый термоядерный реактор будет вырабатывать порядка 1 гигаватт энергии. ^]

4.2.6. Повторное использование РАО

Еще одним применением изотопам, содержащимся в РАО, является их повторное использование. Уже сейчас цезий-137, стронций-90, технеций-99 и некоторые другие изотопы используются для облучения пищевых продуктов и обеспечивают работу радиоизотопных термоэлектрических генераторов.

4.2.7. Удаление РАО в космос

Отправка РАО в космос является заманчивой идеей, поскольку РАО навсегда удаляются из окружающей среды. Однако у подобных проектов есть значительные недостатки, один из самых важных — возможность аварии ракеты-носителя. Кроме того, значительное число запусков и большая их стоимость делает это предложение непрактичным. Дело также усложняется тем, что до сих пор не достигнуты международные соглашения по поводу данной проблемы.

5. Ядерный топливный цикл

5.1. Начало цикла

Отходы начального периода ядерного топливного цикла — обычно полученная в результате извлечения урана пустая порода, испускающая альфа-частицы. Она обычно содержит радий и продукты его распада.

источник не указан 312 дней

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

источник не указан 301 день

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

5.2. Окончание цикла

источник не указан 301 день

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

Важно различать обработку урана с целью получения топлива и переработку использованного урана. Использованное горючее содержит высокорадиоактивные продукты деления (см. ниже Высокоактивные РАО).

Многие из них являются поглотителями нейтронов, получив, таким образом, название «нейтронных ядов». В конечном итоге их количество возрастает до такой степени, что, улавливая нейтроны, они останавливают цепную реакцию даже при полном удалении стержней-поглотителей нейтронов.

Достигшее этого состояния топливо необходимо заменить свежим, несмотря на по-прежнему достаточное количество урана-235 и плутония. В настоящее время в США использованное топливо отправляется на хранение. В других странах (в частности, в России, Великобритании, Франции и Японии), это топливо перерабатывается с целью удаления продуктов деления, затем после дообогащения возможно его повторное использование. ^] В России такое топливо называется регенерированным. Процесс переработки включает работу с высокорадиоактивными веществами, а удалённые из топлива продукты деления — это концентрированная форма высокоактивных РАО, так же, как используемые в переработке химикаты.

Для замыкания ядерного топливного цикла предполагается использовать реакторы на быстрых нейтронах, который позволяет перерабатывать топливо, являющееся отходами работы реакторов на тепловых нейтронах.

5.3. К вопросу о распространении ядерного оружия

источник не указан 301 день

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/hranenie-radioaktivnyih-othodov/

Одно из решений этой проблемы — повторно использовать переработанный плутоний в качестве топлива, например, в быстрых ядерных реакторах. Однако само существование фабрик по регенерации ядерного топлива, необходимой для отделения плутония от других элементов, создает возможность для распространения ядерного оружия. В пирометаллургических быстрых реакторах получаемые отходы имеют актиноидную структуру, что не позволяет использовать их для создания оружия.

5.4. Переработка ядерного оружия

Отходы от переработки ядерного оружия (в отличие от его изготовления, которое требует первичного сырья из реакторного топлива), не содержат источников бета- и гамма-лучей, за исключением трития и америция ^] . В них содержится гораздо большее число актиноидов, испускающих альфа-лучи, таких как плутоний-239, подвергающийся ядерной реакции в бомбах, а также некоторые вещества с большой удельной радиоактивностью, такие как плутоний-238 или полоний.

В прошлом в качестве ядерного заряда в бомбах предлагались бериллий и высокоактивные альфа-излучатели, такие как полоний. Сейчас альтернативой полонию является плутоний-238. По причинам государственной безопасности, подробные конструкции современных бомб не освещаются в литературе, доступной широкому кругу читателей.

Некоторые модели также содержат радиоизотопные источники энергии (РИТЭГ), в котором в качестве долговечного источника электрической мощности для работы электроники бомбы используется плутоний-238 ^] .

Возможно, что расщепляющееся вещество старой бомбы, подлежащее замене, будет содержать продукты распада изотопов плутония. К ним относятся альфа-излучающий нептуний-236, образовавшийся из включений плутония-240, а также некоторое количество урана-235, полученного из плутония-239. Количество этих отходов радиоактивного распада ядра бомбы будет очень мало, и в любом случае они гораздо менее опасны (даже в переводе на радиоактивность как таковую), чем сам плутоний-239.

В результате бета-распада плутония-241 образуется америций-241, увеличение количества америция — большая проблема, чем распад плутония-239 и плутония-240, так как америций является гамма-излучателем (возрастает его внешнее воздействие на рабочих) и альфа-излучателем, способным вызвать выделение тепла. Плутоний может быть отделен от америция различными путями, среди которых — пирометрическая обработка и извлечение при помощи водного/органического растворителя. Видоизмененная технология извлечения плутония из облучённого урана (PUREX) — также один из возможных методов разделения.

6. В массовой культуре

В художественной литературе и фильмах РАО обычно рассматриваются в качестве источника сверхвозможностей для человека или вызывают мутации, проявляющиеся сразу же после облучения или через несколько дней.

Пример подобного сценария — снятый в 1981 году фильм «Современные проблемы», в котором актер Чеви Чейз сыграл ревнивого, доведенного до ручки авиадиспетчера Макса Фидлера. Макс, которого оставила любимая девушка, попадает в контакт с радиоактивными отходами и обретает способности к телекинезу, при помощи которого не только возвращает любимую, но и совершает маленькую месть.

Также приобретение сверхспособностей в результате контакта с РАО часто описывается в западных мультфильмах: например, эпизод «Family Guy Viewer Mail №1» мультсериала «Гриффины».

Реально же воздействие радиоактивных отходов описывается воздействием ионизирующего излучения на вещество и определяется их составом (какие радиоактивные элементы входят в состав).

Радиоактивные отходы не приобретают никаких новых свойств от того, что они — отходы. Их бо́льшая опасность обсуловлена тем, что часто их состав очень разнообразен (как радионуклидный, так и по видам и энергиям излучения) и иногда неизвестен, что усложняет оценку доз, полученных в результате некой аварийной ситуации.

Примечания

Данный реферат составлен на основе .