Проблема радиоактивных отходов

Радиоактивные отходы (РАО) образуются на всех этапах ЯТЦ. Состав и количество РАО на каждом из этапов цикла является специфичным.

Так, на стадии отработки урановых руд происходит пылеаэрозольное загрязнение атмосферы, почв, воды.

Наибольшее количество опасных для биосферы техногенных радионуклидов, в том числе и долгоживущих альфа-излучателей (Ри, Am, Np и др.), образуется и содержится в отработанном ядерном топливе (ОЯТ) с атомных электростанций и на радиохимических производствах, на которых осуществляется выделение плутония, невыгоревшего урана-235 и других радионуклидов. Для выделения плутония из ОЯТ в России был запущен в работу в 1976 г. завод (РТ-1) в Челябинске-60 (г. Озерск), еще один завод (РТ-2) строится в Красноярске-26 (г. Железногорск).

На заводе РТ-1 облучается ОЯТ из реакторов АЭС типа ВВЭР-440; 5Н-350; БН-600 из реакторов подводных лодок и судовых реакторов с мощностью переработки около 400 т/год.

Кроме того, оружейный плутоний производился на специальных ядерных комплексах (Челябинск-65, Томск-7, Красноярск-26), где работали 13 атомных реакторов специального типа, например АДЭ, из которых на радиохимических заводах (РХЗ) извлекался в больших количествах плутоний. Именно РХЗ являются основным источником радиоактивных отходов. Так, при переработке 1 тонны ОЯТ реакторов типа ВВЭР-400 в НПО «Маяк» образуется 45 кубометров высокоактивных отходов (ВАО), 150 кубометров среднеактивных отходов (САО) и около 2 000 кубометров низкоактивных отходов (НАО). Кроме того, продуктами переработки являются 950 кг оксидов, урана и несколько килограммов плутония, т.

Это одна из причин того, что ряд стран (США, Канада, Швеция, Германия, Финляндия и другие) отказались от так называемого замкнутого ЯТЦ, т. е. ОЯТ дальнейшей переработке не подвергаются, и идут на окончательное долговременное хранение, а затем захоронение.

Россия и ряд других государств (Япония, Великобритания, Китай и другие) придерживаются концепции замкнутого ЯТЦ, которая предусматривает полную переработку ОЯТ с выделением плутония, урана-235 и возврат их в энергетических цикл.

Дискуссия о реализации того или иного подхода широко обсуждается в печати и на многочисленных конференциях, семинарах.

Что касается радиоактивных отходов, то они образуются, и в том и в другом случае, но в разных количествах. Правда, относительно ОЯТ термин «отходы» в России не применяется, но это носит дискуссионный характер.

Кроме того, на данном этапе развития мировой цивилизации отпала необходимость в оружейном плутонии. США в 1988 г. (объявили об этом официально в 1991 г.) прекратили его производство вообще и, согласно подписанному договору о нераспространении ядерного оружия, производство плутония прекращается и в России. В связи с этим произошли и происходят остановки военных промышленных реакторов в Челябинске, Красноярске, Томске. А оставшиеся, например, два реактора в Томске дорабатывают, поскольку они являются, кроме того, источником теплового снабжения областного центра (реакторы двойного назначения). Демонтируются ядерные боеголовки и возникает острая проблема с хранением и утилизацией плутония.

Технология обращения с радиоактивными отходами на разных этапах становления атомной промышленности имела свои особенности, обусловленные прежде всего решаемыми геополитическими стратегическими задачами (кто быстрее сделает оружие возмездия и устрашения), отсутствием опыта и знаний по поведению малоизученных химических соединений радиоактивных элементов.

На первых этапах жидкие радиоактивные отходы групп ВАО и САО хранились в естественных или искусственных прудах-отстойниках, в специальных инженерных сооружениях - емкостях из бетона и (или) стали (баки, танки), а отходы групп НАО, как правило, разбавлялись и рассеивались путем сбрасывания по системам трубопроводов, каналов в воды Мирового океана, открытые водные системы, где происходило их естественное разбавление до приемлемо безопасных уровней (табл. 5.27).

Данные об удалении жидких отходов

с некоторых предприятий атомной промышленности

Таблица 5.27

По мере накопления информации по поведению техногенных радионуклидов становилось понятным, что такой способ избавления от отходов не совсем приемлем, так как создается угроза существованию биологических видов и самому человеку.

Оказалось, что часть отходов с приливами и течениями возвращается обратно к берегу и накапливается в съедобной морской водоросли Porphi- ra Umbilicalis, используемой для приготовления местного деликатеса «Ла- вербреу».

В результате этого около 26 000 человек в Южном Уэльсе, находящемся в сотнях километров южнее, подверглись большой радиоактивной опасности.

Для уменьшения такой опасности во многих странах жидкие отходы стали концентрировать методами химического осаждения, выпаривания и сорбции на ионнообменных смолах, после чего они связываются каким- либо материалом в труднорастворимую матрицу (цемент, битум, полимеры, бетон и т. д.), устанавливаются в металлические контейнеры и захораниваются.

За всю историю развития атомной промышленности были апробированы следующие методы захоронения и удаления радиоактивных (как правило, САО и НАО) отходов. Удаление отходов на дно Мирового океана. Удаление в стационарные наземные и приповерхностные хранилища. Удаление в полости скальных пород. Закачка жидких РАО в горные породы с большой открытой пористостью (пески, гравелиты, кавернозные известняки и т. д.).

Для высокоактивных отходов (ВАО), а также для хранения ОЯТ, относящегося к категории специальных ВАО, использовались следующие методы хранения и захоронения. Удаление на дно Мирового океана. Хранение в сухих приповерхностных или подземных специально сооруженных хранилищах. Хранение в водных приреакторских бассейнах, либо в автономных водных хранилищах (подземное водное хранилище CLAB). Закачка жидких ВАО в подземные горизонты горных пород с большой открытой пористостью (в России этот способ получил название закачки в глубокие геологические формации).

Специфичность хранения ВАО и ОЯТ заключается в следующем: Эти продукты из-за присутствия делящихся материалов (урана, плутония и др.) имеют способность к разогреванию до высоких температур (сотни градусов).

Высокая радиоактивность способствует радиолизу (разложение под воздействием радиоактивного излучения) воды и других химических компонентов с образованием высоковзрывчатых азотистых, водородных и других соединений.

Недоучет этого фактора может приводить к весьма сложным аварийным ситуациям с выбросами радионуклидов в окружающую среду. Такой случай был реализован в 1957 г. в Челябинске-65, когда разогрев отходов в баке привел к парогазовому взрыву большой мощности.

Таким образом, хранение ВАО, ОЯТ, а также демонтирование ядерных материалов (плутоний, высокообогащенный уран) требует создания специальных инженерных сооружений, позволяющих контролировать и регулировать температурный режим хранения. Эти материалы, по существу дела, образуют специфичное техногенное месторождение (находка столь компактных по объему и концентрации компонентов месторождений является вожделенной мечтой любого геолога), к разработке которого можно вернуться при возникновении потребности или появлении новых технологий. К этим материалам должен быть закрыт несанкционированный доступ, так как они могут послужить основой для производства ядерного и радиологического оружия с целью проведения террористических актов и шантажа.

Принципиальная концепция обращения с жидкими и твердыми радиоактивными отходами приведена на рис. 5. 17.

При хранении и захоронении радиоактивных отходов используется принцип многобарьерной защиты, включающий в себя искусственные (инженерные) и естественные барьеры физической и химической защиты (рис. 5.18).

В качестве инженерной, физической и химической защиты выступают: оболочка ТВЭЛов или остеклованной массы, оболочка контейнера, накопитель между стеклоблоком (например, полиэтилен, который поглощает нейтроны и тем самым снижает тепловой разогрев и уровень радиационного воздействия на материал контейнера); оболочка инженерного сооружения (каньон, бункер, траншея, шахта, скважина и т. д.).

В качестве естественной физической и химической защиты используются горные породы различных типов, почва, толща воды.

В каждом конкретном случае в зависимости от типа отходов, их объемов и т. д., используются или планируются для использования те или иные способы захоронения.

Так, например, для временного сухого хранения ОЯТ имеются четыре конструктивных разновидности сухого хранения (в воздухе, углекислом газе, азоте, гелии и т. д.).

Рис. 5.17. Концепция обращения с жидкими и твердыми радиоактивными отходами (Энергетика в цифрах и фактах // Бюллетень ЦОИ, № 4, 1992)

Шурфо-скважины на 1-2 кассеты, закрываемые массивной бетонной крышкой. Бетонные каньоны. Силос (бетонный цилиндр, устанавливаемый на поверхности земли и закрываемый крышкой. Металлические контейнеры.

Рис. 5.18. Принципиальная схема многослойного подземного хранилища высокоактивных отходов. Проект Великобритании

Так, в 1988 г. в мире имелись следующие сухие хранилища: шурфоскважины - 3 места; металлические контейнеры - 10 мест; силос - 3 места; каньон - 7 мест.

Проект хранилища ОЯТ в шурфо-скважинах на 10 тыс. т топлива в штате Невада (США) представляет собой площадку в аллювиальной почве, на которой по квадратной сетке с шагом 3 м будет расположено 23 500 шур- фо-скважин. Поле хранения сможет принимать кассеты с ОЯТ с тепловыделением не более 1 кВт и будет расширяться по мере надобности. Предполагаемый срок хранения 100 лет, после чего ОЯТ либо будет захораниваться в специально сооруженные к тому времени хранилища, либо, если появятся приемлемые технологии, перерабатываться.

Ориентировочная стоимость этого самого экономичного способа хранения составляет 289 млн. долларов по курсу 1981 г.

Недостатком такого способа хранения является слабая защищенность от чрезвычайных внешних воздействий. Например, падение авиалайнера на поле хранения с последующим пожаром может привести к выбросу нескольких сотен килограммов топлива из пеналов на поверхность Земли и переходу в аэрозольную форму радионуклидов с активностью 10-10 Ки.

Удаление радиоактивных отходов, переведенных в твердое состояние и упакованных в контейнеры из химически стойких материалов, на дно Мирового океана осуществлялось с 1946 г. весьма длительное время в различных точках земного шара.

Сбросы РАО в море осуществляли многие государства, и общий объем радиоактивных отходов, сброшенных в море, составляет более 200 000 Ки.

Обращает на себя внимание тот факт, что даже хорошо спроектированные специальные инженерные сооружения, в которых ВАО хранятся в остеклованной массе, упакованной в контейнеры, размещаются на значительной глубине от земной поверхности. Например в районе Селлафилда (Англия) хранилище планируют расположить на глубине ~ 800 м, либо на еще большие глубины (2 000-4 000 м) в специально пробуренные скважины большого диаметра, либо шахты.

Ни в каких вариантах проектов обращения с РАО для длительного их хранения не рассматривается возможность их закачивания в виде жидких радиоактивных отходов в проницаемые горизонты геологических недр, тогда как в России на сегодняшний день это один из самых распространенных способов обращения с радиоактивными отходами (гг. Дмитров- град, Северск, Железногорск).

На первых этапах развития атомной промышленности США начинали реализовывать проект по удалению ЖРО Хэнфордского ядерного комплекса в проницаемые породы. В один из колодцев на глубину около 48 м было закачано около 150 000 м кислотных растворов, содержащих 753 000 Ки по ^-радиоактивности грубых продуктов деления. Радиоактивные отходы распространились на площадь, равную 8 000 м на уровне грунтовых вод. Подвижность радионуклидов в этих условиях была весьма различной и была максимальной у рутения-106.

В последующем эти эксперименты с ЖРО в США были прекращены, хотя практика закачки химических отходов в геологические формации в США широко распространена.

Зарубежные специалисты утверждают, что российская практика обращения с радиоактивными отходами, реализуемая в ряде предприятий Министерства атомной энергетики, представляется им совершенно неприемлемой, тем не менее, факт остается фактом - в России идет крупнейший эксперимент по обращению с радиоактивными отходами, который рассматривается рядом специалистов как один из самых перспективных методов захоронения.

В условиях функционирования такого объекта в непосредственной близости (10-12 км) от г. Томска, в котором проживает более 500 тысяч человек, на промышленной площадке Сибирского химического комбината (СХК) проводится один из длительных экспериментов по закачке жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в глубинные геологические формации.

Закачка отходов производится в отложения мелового возраста, так называемые водоносные горизонты 2 и 3. Эти пласты-коллекторы находятся на глубине 280-460 м и в данной ситуации их вряд ли можно рассматривать как типичные глубинные геологические формации.

От вышележащих палеогеновых водоносных горизонтов, которые являются единственным источником водоснабжения г. Томска, воды мелового возраста, в которые происходит закачка, отделены так называемым горизонтом «Д», который сложен глиной мощностью 20-40 м.

Выбор данного способа захоронения проектировщиками обусловлен: асейсмичностью данного региона; отсутствием дизъюнктивных тектонических нарушений в породах мезокайнозоя; наличием непрерывного горизонта глинистых пород (горизонт «Д») морских фракций (люлинворская свита).

Все эти предпосылки, а также моделирование процессов миграции радионуклидов, убеждали людей, принимающих решение о выборе способа и места захоронения ЖРО, что природой созданы максимально благоприятные условия для их закачки. На момент проектирования хранилища не было известно, что в Обь-Томском междуречьи в непосредственной близости от СХК (15 км) будет развиваться Томский водозабор.

На сегодняшний день хранилище приняло десятки миллионов кубометров радиоактивных отходов, различных по активности и физикохимическим свойствам. Общая их радиоактивность на данный момент составляет многие сотни миллионов кюри.

Данный способ захоронения позволил в какой-то мере снять острые экологические проблемы, связанные с хранением ЖРО в открытых прудах-отстойниках, уже занимавших на момент принятия решения о закачке отходов в недра значительные площади и объемы.

Действие малых доз радиации, не представляющей какой-либо опасности с точки зрения пороговых доз и эффектов, может существенно усиливаться под воздействием электрического поля, возникающего при ядерных превращениях.

По мнению ряда специалистов, радиоактивное загрязнение почвы и атмосферы значительно изменяет параметры атмосферного электрического поля (АЭП), искажая при этом естественный электромагнитный фон. Аномалии АЭП, возникающие в зонах радиоактивного загрязнения, могут быть тем дополнительным нерадиационным фактором, который вызывает наблюдаемое несоответствие между заболеваемостью людей и реальной радиоэкологической ситуацией.

Радиоактивное загрязнение окружающей среды и связанные с ним аномалии АЭП будут воздействовать на организм человека одновременно. Причем, даже если биологические эффекты от каждого из этих воздействий будут небольшими (или неощутимыми), то эффекты от их суммарного воздействия могут быть весьма значительными. Есть основание полагать, что результат комбинированного действия малых доз радиации и аномальных электрических полей может превосходить сумму эффектов от каждого фактора в отдельности, т. е. может иметь место так называемый «синергизм».

Так наблюдалось изменение электромагнитного поля в зоне цезиевого загрязнения в Тульской области, в санитарно-защитной зоне Калининской АЭС.

Отмечались резкие пространственно-временные колебания напряженности АЭП со сменой знака поля. При этом уровень радиационного фона у поверхности Земли остается стабильным и не превышает 10-15 мкР/ч.

Обнаруженные в зоне АЭС аномалии АЭП находятся в области максимальной чувствительности сердечно-сосудистой системы человека к воздействию АЭП. Не исключено также влияние таких аномалий на регуляторные системы организма.

Отмеченная у детей, проживающих вблизи радиоактивных зон, резко повышенная частота заболеваемости лейкозами, хотя и сами дети, и их родители не получали опасных доз радиации, а также такие явления, как раннее старение, ослабление зрения, угнетение реактивности иммунной системы, чрезмерная психологическая возбудимость, изменения в составе крови и др., по их мнению, могут быть связаны с дополнительным воздействием аномалий АЭП, возникающих в результате радиоактивного загрязнения окружающей среды, которое само по себе не вызывает наблюдаемых эффектов.

Действие малых доз радиации может быть также усилено присутствием тех или иных химических элементов и их соединений, синергизмом факторов, действием факторов ионизирующей радиации и химического загрязнения.

Продолжающаяся в научной литературе дискуссия о выборе философии радиационной защиты (беспороговая линейная гипотеза; пороговая концепция, доза-эффект-риск; концепция ALARA) и степени опасности малых доз радиации свидетельствуют лишь об одном - нашем недостаточном уровне знания о реальном воздействии ионизирующей радиации.

Как высказался в печати один из специалистов Института биофизики Минздрава РФ, «такие эффекты, как кратковременное угнетение кроветворения, легкий ожог кожи и временное снижение потенции мужчины, не слишком серьезны, поскольку быстро проходят без последствий. Помутнение хрусталика глаза не влияет на остроту зрения».

Трудно сказать, чего в этих словах больше: издевательства, кощунства или еще чего-либо, но как не процитировать стихотворные строки из английского медицинского журнала конца 1950-х гг.:

«Ядерные мудрецы (благослови их бог!)

Определили величину радиоактивных осадков до n-го знака,

Но у моего племянника и племянницы по пять ног,

И умишко бесконечно малой величины».

В нормативных документах России существует понятие «допустимая доза облучения».

Так, для гамма- и рентгеновского излучения с энергией до 3 МзВ она была принята в 2 800 мкР/ч или 25 Бэр/год.

В современной концепции радиационной защиты населения и хозяйственной деятельности на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению детерминированные эффекты (лучевые поражения тканей и функций организма) имеют пороговый характер и могут клинически проявляться при уровнях однократного облучения органов 0,15 Гр либо хронического многолетнего облучения при мощности дозы более 0,1 Зв/год (100 мЗв/год), или в ранее применяемых единицах измерения - 10 Бэр/год, что ориентировочно будет соответствовать на местности экспозиционной дозе гамма-излучения 1 142 мкР/ч.

Согласно данной концепции, территория, на которой годовая эффективная доза от 5 до 50 мЗв (от 55 до 550 мкР/ч в течение года), определяется как зона добровольного отселения.

Если она превышает 50 мЗв (550 мкР/ч по гамма-излучению в течение года), то данная территория является зоной отчуждения, и на такой территории постоянное проживание населения не допускается.

Некоторые исследователи считают, что критерием безопасной для человека генетически значимой дозой может служить современный уровень естественной радиационной дозы, которая не изменялась на протяжении последних 450 млн. лет. Тогда как критерием опасности следует считать степень превышения этой дозы.

Особую опасность вызывает прежде всего не внешнее проникающее излучение, хотя при больших дозах и оно вредно, а внутреннее облучение под воздействием высокозаряженных а- и в-частиц, попадающих с воздухом, водою, продуктами питания, и именно от этого радиационно опасного фактора прежде всего и следует оберегаться. Его необходимо и в первую очередь оценивать.

К сожалению, чаще всего о радиационной обстановке судят только по экспозиционной дозе гамма-излучения, которая не всегда отражает реальную обстановку на той или иной территории, в том числе, например, и в зоне воздействия Сибирского химического комбината.

Но это сугубо профессиональный разговор и требует отдельного изложения материала.

Ну, а если все-таки в силу тех или иных обстоятельств человек попадает на территорию, подвергшуюся радиоактивному загрязнению, то необходимо прежде всего предусматривать элементарные правила личной гигиены, правила обращения с продуктами питания.

Так, доктор Гейл (США) для жителей Чернобыльской зоны предлагал следующие меры предосторожности:

А. Необходимо: Хорошее сбалансированное питание. Обильное питье, чаще потеть (баня). Употреблять соки с красительными пигментами (томатный, свекольный, морковный и т. д.). Отвары крапивы, слабительных трав. Черноплодная рябина, тертая редька, (утром натереть - вечером съесть и наоборот), морковь, хрен, чеснок, грецкие орехи, изюм. Крупа гречневая, овсяная. Хлебный квас. Аскорбиновая кислота с глюкозой, активированный уголь. Молочные продукты: творог, сливки, сметана, масло. Мясо: лучше свинина и птица (первый отвар слить, залить водой и варить до готовности).

Б. Нельзя: Кофе. Холодец, кости, говядину. Вареные яйца (содержащийся в скорлупе стронций при варке переходит в белок).

Существуют и другие научные и народные методы предосторожности при проживании на таких территориях. Например, рекомендуют красное вино (по 1 столовой ложке 3 раза в день), а также уринотерапию.

К продуктам с антирадиоактивным действием относятся: морковь, капуста, растительное масло, творог, таблетки кальция.

Известны фитотерапевтические противолучевые средства, которые являются в основном препаратами дополнительной, поддерживающей и симптоматической терапии. К ним следует отнести следующие растения: облепиху, подорожник, ромашку аптечную, женьшень, элеутерококк, золотой корень, заманиху, медуницу лекарственную, одуванчик, шиповник, тысячелистник.

Дискуссия о приемлемости понятий пороговой и беспороговой доз ионизирующего излучения будет продолжаться, и аргументы в сторону усиления того или иного подхода будут появляться постоянно.

Сейчас здравомыслящие исследователи пришли к понятию степени приемлемого риска.

Дело в том, что отношение людей к той или иной опасности определяется степенью их представления о том или другом факторе риска. Есть факторы, о существовании которых люди часто и не подозревают, хотя они значительно опаснее тех, которые им известны. Мало кто обращает внимание на естественную радиацию, вклад от которой составляет около 80 % среднегодовой, эквивалентной дозы облучения, на облучение, связанное с наличием радона в закрытых помещениях, или при рентгенологических обследованиях. Населению мало известно о степени воздействия на организм этих факторов. Известно ли, например, что сотни тысяч американцев, проживающих в домах с высокой концентрацией радона, получают за год такую же долю радиационного воздействия, какую получили жители г. Чернобыля и его окрестностей, когда один из реакторов взорвался, и радиоактивный материал был выброшен в атмосферу.

И с другой стороны, хорошо известные факторы риска, такие, как альпинизм, горнолыжный спорт, курение и т. п., мало кого пугают, хотя вероятность преждевременной смерти из-за курения (при выкуривании 20 сигарет в день) более чем в 100 раз превысит вероятность умереть вследствие облучения.

Опасения по поводу радиационной опасности в обществе сосредоточились, главным образом, на атомной энергетике, хотя реальный фактор ее риска, значительно меньше таких, как курение, употребление спиртных напитков и т. д. (рис. 5.19).

И действительно, по образному выражению, «сознание без знаний слепо...».

Кризис доверия к ядерной энергетике возник по причине излишней засекреченности, голословных и высокомерных заявлений ученых- экспертов и политических деятелей (наиболее яркий пример с аварией на ЧАЭС), которые во многих случаях оказались ложными.

Ликвидировать этот кризис тяжело. Для этого необходима только правдивая и объективная информация, на основе которой должна формироваться свобода выбора каждым человеком приемлемой для себя степени риска.

Оценка факторов риска разными группами              Факторы риска              Число