Экология

Низкоактивные отходы обычно содержат очень малые количества радиоактивности внутри относительно больших масс самого материала. Они представляют малый риск опасности облучения по сравнению с высокоактивными отходами. Большая часть низкоактивных отходов при работе с ними не требует мер специальной защиты. Однако для некоторых низкоактивных отходов защита необходима. К среднеактивным отходам относят вещества с удельной активностью, 100 раз превышающей уровень изъятия. Обычно они содержат небольшое количество самого материала, более опасны при работе и хранении по сравнению с низкоактивными отходами. Большая часть среднеактивных отходов требует спецзащиты.

Для высокоактивных отходов характерно очень высокое тепловыделение в результате распада радионуклидов (свыше 2 кВт/м³). Они включают отработанное топливо (использованное) на АЭС, отходы радиохимических заводов по переработке отработавшего ядерного топлива и часть отходов от национальной оборонной деятельности, медицины (ампульные источники). Отдельные радиоактивные элементы в высокоактивных отходах довольно быстро распадаются. Другие остаются радиоактивными тысячи лет. При обращении с радиоактивными отходами используется дистанционная контрольная аппаратура. Все операции с отходами проводятся с помощью манипуляторов. В табл. 15.1 представлена классификация радиоактивных отходов.

187

Экология

Классификация отходов по периоду полураспада. Период полу-

распада радиоактивных долгоживущих элементов составляет тысячи, миллионы и миллиарды лет. К ним относятся некоторые радионуклиды естественных рядов распада урана и тория и отдельные изотопы плутония и нептуния.

К коротко- и среднеживущим радиоактивным веществам относят радионуклиды с периодами полураспада от долей секунды до первых десятков лет. В образовании радиоактивных отходов основную роль играют среднеживущие – это почти все естественные нуклиды и техногенные – радиоизотопы цезия, стронция, бария, кобальта и др.

Классификация по физическому состоянию. Радиоактивные эле-

менты бывают твердыми и газообразными. Кроме этих двух состояний могут быть и жидкими – в виде активных растворов в воде или же расплавов.

Истинно радиоактивные газообразные вещества технического происхождения представлены тритием (Н-3) и изотопами благородных газов – аргона, криптона и ксенона. Они практически не создают радиоактивных отходов, т.к. рассеиваются в значительных объемах атмосферы в виде выбросов АЭС и при ядерных испытаниях. Но изотопы криптона и ксенона довольно быстро распадаются до Sr-90 и Cs137 и могут создавать значительное загрязнение поверхности.

Rn-222 (радон) и Rn-220 (торон) присутствуют в атмосфере, особенно большие потоки их отмечаются при добыче и первичной переработке урановых, ториевых и ряда других руд.

Классификация по источнику образования. Радиоактивные отхо-

ды образуются при всех операциях цикла атомной энергетики, а также при изготовлении и испытаниях ядерного оружия. Кроме того, такого рода отходы образуются при добыче некоторых видов полезных ископаемых и в результате использования радионуклидов в науке, технике, медицине.

Отходы добычи и изготовления ядерного топлива. Руды, содер-

жащие уран, добываются и затем подвергаются сложной физической и химической обработке для получения чистого урана с содержанием изотопа U-235 от 2 до 5 % в качестве топлива для исследовательских и энергетических реакторов и 20 – 40 % для атомного и термоядерного оружия.

При добыче урана горным способом на поверхность извлекаются огромные массы пород, из них лишь незначительная часть с концентрациями природного урана (обычно 0,03 – 0,05 %) вывозится на даль-

188

Экология

нейшую переработку и обогащение. Но встречаются и объемы пород, которые относятся к низкоактивным отходам, требующим захоронение. Эти отвалы могут представлять опасность с тем, что интенсивно выделяют Rn-222, который может под действием ветра распространяться в приземной атмосфере.

Следующий цикл переработки руды осуществляется на обогатительных фабриках. Из руды здесь извлекается концентрат, содержащий максимальные концентрации урана, остальная часть руды накапливается в хвостохранилищах. Хвосты горнорудных предприятий перекрываются достаточным слоем почвы, чтобы защитить людей и окружающую среду. Отходы этой группы являются самыми значительными по объему (97 % всех отходов) и широко распространены по территории Казахстана, т.к. в республике разведано и длительное время (более 40 лет) разрабатывалось большое количество (более 20) урановых месторождений.

Полная очистка урана от всех примесей происходит на гидрометаллургических заводах (Целинный горно-химический комбинат). Полученный оксид урана U3O8 направляется в Россию, где природная смесь обогащается ураном-235. Таблетки и твэлы изготавливаются на Ульбинском металлургическом заводе (г. Усть-Каменогорск).

Размещение радиоактивных отходов Казахстана. Важнейшие направления деятельности атомного комплекса Казахстана – собственно атомная энергетика и урановая промышленность– добыча и переработка урана, производство топливных таблеток для ядерных реакторов. В атомной промышленности Республики сейчас работают крупные предприятия по добыче и переработке урановой руды Национальной атомной компании «Казатомпром», заводы по производству реакторного топлива и материалов для атомной энергетики(ОАО «Ульбинский металлургический завод»). Являясь ведущим государством мира по запасам урана, Казахстан должен закрепиться на мировом рынке в качестве надежного поставщика урановой продукции.

Интенсивная разработка крупных месторождений урана в Казахстане (по разным оценкам, запасы его в республике соответствуют 2530% мировых) и сорокалетние испытания ядерных устройств на Семипалатинском полигоне и других объектах создали огромную массу радиоактивных отходов различной активности, размещенных практически на всей территории республики. В 1993г. была проведена тщательная инвентаризация мест размещения отходов, составлены карты, подсчитаны объемы, определены условия их хранения.

Всего в кадастр занесено 529 мест хранения и захоронения РАО, в том числе:

189

Экология

-по уранодобывающей и перерабатывающей отрасли – 127;

-по не уранодобывающим отраслям(нефть, уголь, фосфориты, редкие металлы и т. п.) – 76;

-по ядерным взрывам – 16;

-по ядерным энергетическим установкам – 5;

-по предприятиям, работающим с продукцией фирмы «Изотоп»-305.

Сучетом расположения радиоактивных объектов, инфраструктуры транспортных связей между областями выделены четыре региона: Западный, Восточный, Северный и Южный.

Территориальное размещение отходов. Основные массы радио-

активных отходов образуются на уранодобывающих и перерабатывающих предприятиях (93% общего РАО промышленности). Административно они расположены в Мангистауской (Прикаспийский ГМК), Кокшетауской, Торгайской, Акмолинской (Целинный ГХК), Жезказганской, Жамбылской, Шымкентской, Кызылординской и ВосточноКазахстанской (Ульбинский Мз и Иртышской ХМЗ) областях.

Детальная характеристика размещения низко- и среднеактивных РАО приведена в табл. 15.2, 15.3.

Таблица 15.2 Размещение низкоактивных РАО по регионам

Таблица 15.3 Размещение среднеактивных РАО по регионам

190

Современное состояние мест размещения РАО. На уранодобы-

вающих и перерабатывающих предприятиях созданы три типа хранилищ: - терриконы и насыпи (отвалы);

-водоемы сбросных вод;

-спецмогильники.

Первые два типа были организованы на начальном этапе развития уранодобывающей отрасли, и, вероятно часть их не соответствует современным санитарным правилам обращения с радиоактивными отходами. При этом ни один проект хранилища не проходил государственной экологической экспертизы. Низкоактивные отходы отвалов и сбросных вод должны быть захоронены собственными силами предприятий в приповерхностных хранилищах после соответствующей экспертизы их проектов и строительства.

Возможно, что некоторые хранилища третьего типа (спецмогильника) смогут получить положительную оценку государственной экспертизы, т.к. при их строительстве предусматривались инженерные барьеры по защите ОС от воздействия захораниваемых радиоактивных отходов.

В связи с принятием Россией и другими соседними государствами законов, запрещающих ввоз радиоактивных отходов на захоронение, около 1500 предприятий РК испытывает трудности с утилизацией радиоактивных отходов.

Прогноз изменения объемов РАО в Казахстане. Прогноз исходит из потребности увеличения энергопотребления в стране, развития нефте- и уранодобывающих отраслей и изменения структуры производства электроэнергии.

Казахстан богат всеми видами энергетических ресурсов. Однако основой электроэнергетики является угольная энергетика, базирующаяся в основном на дешевых высокозольных экибастузских углях.

Составить какой-либо достоверный прогноз изменения объемов радиоактивных отходов в Казахстане на ближайшее десятилетие затруднительно. Разработка урановых месторождений (Кызылординская

191

Экология

и Южно-Казахстанская область, Южный регион) сопровождается ежегодным приростом низко активных отходов порядка 8–10 тыс. т.

Практика обращения с радиоактивными отходами. Несмотря на достигнутые успехи в области отработки способов удаления отходов, в обществе остается еще значительное беспокойство, особенно относительно безопасного захоронения высокоактивных отходов и отходов с большим периодом полураспада радионуклидов.

Обзор законодательной базы в сфере обращения с радиоактивными отходами:

-основу и принципы регулирования общественных отношений

вобласти использования атомной энергии определяет Закон РК«Об использовании атомной энергии» от 14 апреля 1997 г.;

-общественные отношения в области обеспечения радиационной безопасности населения регулирует Закон«О радиационной безопасности населения» от 23 апреля 1998 г.

Для обеспечения безопасного обращения с РАО в международном сообществе выработан и согласован ряд принципов. Существуют 9 принципов обращения с РАО:

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 основа;

7)Контроль за образованием радиоактивных отходов;

8)Взаимозависимость образования РАО и обращения с ними;

9)Безопасность установок.

Классификация радиоактивных отходов для захоронения. С точ-

ки зрения окончательного удаления во многих странах принято разделение радиоактивных отходов на пять категорий (групп) в зависимости от периода полураспада, типа и уровня активности и тепловыделения (табл. 15.4). Отходы I,II и III групп (α-активность выше 2,7ּ10ֿ4 Ки/кг) подлежат захоронению в глубокие геологические формации. Отходы ΙV и V групп могут захораниваться в приповерхностных условиях.

Таблица 15.4 Общие характеристики различных категорий отходов

с точки зрения их окончательного удаления

192

Переработка отходов. Обычно отходы после их образования в целях уменьшения опасности обращения с ними и экономии средств подвергаются ряду процессов преобразования и перемещений перед окончательным или временным захоронением. Обобщенно эти процессы можно представить в такой последовательности:

сбор и сортировка по категориям; обработка и обезвреживание; кондиционирование;

транспортирование в пункт временного или постоянного захоронения; постоянное или временное захоронение.

Сбор и сортировка РАО. Сбору и сортировке подвергаются все отходы, образующиеся в ядерном топливном цикле и ряде других отраслей промышленности.

193

Экология

При разработке урановых месторождений обычно сначала проводится сортировка поднятых на поверхность пород: в зависимости от содержания урана в руде вагонетки направляются в разные отвалы – от отвала пустых пород до отвала богатых руд. Массы рудных отвалов отправляются на дальнейшую переработку – на рудообогатительные фабрики, где происходит обогащение руды, и далее на гидрометаллургические заводы.

Дальнейший сбор и сортировка РАО происходят на заводах по обогащению и извлечению металлического урана и изготовлению топлива. Обычно при этих процессах используются различные органические и неорганические растворители, и образующиеся жидкие отходы, активность которых обусловлена только естественными радионуклидами, до переработки хранятся на территории заводов. Эти жидкие отходы относятся к средне- и низкоактивным (ΙV и V группы). Объемы отходов значительно ниже, чем при добыче и первичном обогащении руд.

Газообразные отходы, возникающие при работе реакторов, содержат радиоактивные благородные газы, а также йод и аэрозоли. Эти газы перед их выбросом в атмосферу через газоотводную трубу высотой 100–150 м проходят систему очистки и временной задержки на фильтрах.

Жидкие радиоактивные вещества, в основном водные растворы, образующиеся в процессе эксплуатации реакторов, до дальнейшей обработки находятся в специальных временных хранилищах на территории станции (бетонные емкости, облицованные нержавеющей сталью).

Твердые отходы работы АЭС – части и детали оборудования, использованный инструмент, израсходованные материалы – в ожидании переработки хранят во временных хранилищах в металлических ящиках.

Уменьшение объемов и обезвреживание РАО. Применяются 4 ос-

новных метода уменьшения объема отходов: прессование, обезвоживание, кристаллизация и сжигание. Прессование и сжигание используются преимущественно для низко- и средне активных отходов ΙV и V групп, образующихся в процессе эксплуатации АЭС.

Уменьшение объема жидких высокоактивных отходов и перевод их в твердую фазу после временной выдержки проводятся путем испарения, кристаллизации, пропускания через ионообменные смолы. В последнем случае из отходов извлекаются долгоживущие радионуклиды (в основном Sr-90 и Cs-137) и происходит частичное их обезвреживание.

Хранение отходов перед захоронением. Важнейшим этапом до удаления отработавшего топлива в глубинные захоронения является

194