2.2. Источники радиоактивных отходов

2.2.1. Радиоактивные отходы ядерного топливного цикла

Основным источником радиоактивных отходов являются предприятия ядерного топливного цикла. К отходам ЯТЦ относятся отходы, образующиеся при добыче урановых руд и производстве ядерного топлива (1), при эксплуатации АЭС (2) и при переработке отработанного ядерного топлива (3) [2.2].

Добыча урановых руд и производство ядерного топлива. На этом этапе ЯТЦ образуются:

• газообразные отходы (радиоактивные аэрозоли и пылевзвеси) и шахтные воды (добыча урановых руд).

• газообразные и жидкие отходы и пустая порода, содержащая остаточные продукты распада (обогащение урановых руд).

• жидкие и твердые радиоактивные отходы в виде загрязненного оборудования, фильтроматериалов, шламов и т.п. (очистка уранового концентрата и производство тепловыделяющих элементов (ТВЭлов)).

Основными носителями активности этой группы отходов являются α-излучающие природные радионуклиды урана, радия и тория.

Отходы, возникающие при эксплуатации АЭС. В реакторах АЭС ядерное топливо распадается на радиоактивные продукты деления. Большинство их остается в топливных сборках и перемещается с отработавшим топливом при его выгрузке из реактора. Из-за дефектов оболочек топливных элементов они, частично, попадают в систему охлаждения реактора и далее распространяются по тракту первого контура.

В охлаждающей среде реактора происходит нейтронная активация нерадиоактивных компонентов и продуктов коррозии. Эти загрязнения появляются в некоторых потоках АЭС: протечки циркуляционного контура и отдельного оборудования, промывки сорбентов систем очистки теплоносителя, дезактивационные растворы, воды от дезактивации помещений и душевых, сбросы радиохимической лаборатории и т.д.. Небольшие количества газообразных отходов (тритий, I, Аr, Хе) образуются в нормальной эксплуатации реактора из дефектов тепловыделяющих элементов.

Твердые радиоактивные отходы на АЭС образуются в результате радиоактивного загрязнения поверхностей жидкими или аэрозольными загрязнителями, а также в результате нейтронной активации конструкционных материалов реактора.

Состав и количество отходов зависят от типа реактора и условий эксплуатации. При эксплуатации энергетического ядерного реактора мощностью 1000 МВт образуется 200…300 м³ твердых низко- и среднеактивных отходов в год (таб. 2.1). Это металлические конструкции, различное оборудование, фильтрующие материалы газо- и водоочистки, лабораторная посуда, защитная одежда и обтирочные материалы, производственный мусор и т.д. [4].

Наиболее биологически значимыми и долгоживущими радионуклидами, потенциально опасными в течение длительного времени, относятся основные компоненты ядерного топлива (²³⁵U, ²³⁹Pu), трансурановые элементы (ТУЭ) - ²³⁷Np, ²⁴¹Am, ²⁴⁴Cm и другие продукты их деления, включая ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, лантаниды (¹⁵²Eu, ¹⁵¹Sm), а также ⁶³Ni, ⁶⁰Co, ⁵⁴Mn, образующиеся в конструкционных материалах ядерных установок.

Радиоактивные отходы снятия АЭС с эксплуатации. При снятии с эксплуатации и демонтаже ядерной установки образуются отходы и мусор, содержащие остаточные радиоактивные загрязнения. Часть работ по снятию с эксплуатации проводится немедленно, а другая часть откладывается на 50-100 лет для распада короткоживущих радионуклидов и создания в этой связи более безопасной радиационной обстановки.

Таблица 2.1.

Радиоактивные отходы, возникающие при эксплуатации АЭС мощностью 1000 МВт.

Тип отходов	Категория отходов	Количество (м3/ГВт·год)	Активность (Бк/м3)	Радионуклиды
Кубовые остатки	Жидкие	50	3,7·109-7,4·1010	60Со, 137Сs, 134Сs
Пульпы фильтроматериалов	Жидкие	10	1,8 · 1010	60Со, 137Сs, 134Сs
Ионообменные смолы	Твердые	2	4,6 · 1012	60Со, 137Сs, 134Сs
Концентраты от дезактивации	Жидкие, твердые	10	3,7 · 1011	60Со
Поглощающие стержни, нейтронные источники и т.д.	Твердые	0,1	7,4 · 1014	60Со
Другие	Твердые	260	7,4 · 109	60Со

Облученное ядерное топливо может рассматриваться как радиоактивные отходы, подлежащие хранению и последующему захоронению, или как сырье делящихся материалов для производства нового ядерного топлива. В обоих случаях это высокоактивные отходы, требующие специальные методы обращения.

2.2.2. Радиоактивные отходы медицины, науки, промышленности.

В медицине радиоактивные источники излучения и материалы применяют в клинической диагностике, радиотерапии, стерилизации медицинских изделий и инструментов и т.п.

Наиболее часто используются доступные комплекты, содержащие чаще всего ¹²⁵I или ^99тТх, имеющий период полураспада 6 часов, в количестве нескольких кБк. Среди радионуклидов, использующихся при приготовлении терапевтических радиофармацевтических препаратов наиболее существенными с точки зрения отходов, являются ¹³¹I, ³²P, ⁹⁰It и ¹⁵³Sm. После каждого индивидуального анализа и после истечения срока годности комплекта, радиоактивный материал и загрязненные предметы превращаются в радиоактивные отходы. Источники, радиоактивность которых распалась до уровней, которые делают их неприемлемыми для медицинского использования, являются радиоактивными отходами.

В результате фундаментальных и прикладных исследований, с использований радионуклидов, образуются твердые, жидкие и биологические РАО:

• Производство и маркировка составов в биологических исследованиях, содержащих несколько МБк (³Т, ¹²⁵I, ¹⁴С, ³²P). Диапазон используемых радионуклидов ограничен и активность низка. Отходов от процесса нанесения радиометок много как в отношении общей активности, так и концентрации активности (удельной активности).

• Исследование метаболических, токсикологических или экологических проблем. Наиболее часто используемые радионуклиды ³Т, ¹⁴С;

• Разработка и применение в исследовательских целях клинических препаратов и фармацевтических составов;

• Исследования в области ядерного топливного цикла используют небольшие количества расщепляющегося материала (U, Pt) и относительно долгоживущие продукты деления. Образующиеся отходы включают твердые материалы и жидкости, содержащие используемый расщепляющийся материал и продукты деления;

• Фундаментальные исследования в области физики, химии и биологии с применением радионуклидов могут включать неразрушающие испытания, физику твердого тела и разработку новых материалов. Спектр используемых радиоизотопов может быть очень широк.

Закрытые радиоактивные источники используются в промышленности для: неразрушающего анализа, стерилизации продуктов и других предметов, технологического управления процессами и для калибровки лабораторного оборудования. Доминирующий радионуклид присутствует в очень сконцентрированной форме, общая активность зависит от применения и природы излучения источника. После распада до уровня, делающего их непригодными для первоначальных целей, они становятся отходами.

В добывающих и перерабатывающих отраслях промышленности образуются отходы и материалы, загрязненных естественными радионуклидами, содержащимися в природном сырье. Их классифицируют как NORM -Naturally Occurring Radioactive Materials. К таким радионуклидам относятся ¹⁴C, ⁴⁰K, ⁴⁸Ca, изотопы урана, тория и др. Концентрация их в отходах производства и в полезных материалах может превышать уровни, установленные для радиоактивных отходов или материалов.