МЭИ-2019.

Глава 7. Обращение с радиоактивными отходами.

Источники РАО. Классификация РАО. Способы концентрации РАО. Хранение и захоронение РАО. Этапы обращения с РАО. Обращение с РАО в России. Международный опыт обращения с ОЯТ. Природный реактор в Окло. Базовые принципы МАГАТЭ по обращению с РАО.

7.1 Источники рао.

Радиоактивные отходы (РАО) могут быть определены как материалы, которые содержат радионуклиды с концентрациями или активностями, превышающими допустимые уровни, установленные надзорными органами, и для которых не предусмотрено дальнейшее их использование. Радиоактивные отходы обладают принципиальным отличиями по сравнению с традиционными промышленными отходами, так как радиоактивные элементы распадаются и самоуничтожаются (см. рис.7.1). Через 10 тыс. лет активность продуктов деления урана упадет до радиоактивности обычных урановых руд, т.е. будет соблюдён принцип эквивалентности: в земную кору будет возвращена так же активность, что была извлечена из нее при добыче урановой руды.

Радиоактивные отходы образуются на всех этапах ЯТЦ: добыча руды, ее дробление и выделение сырья; конверсия урана; изотопное обогащение урана; фабрикация топлива; облучение топлива в реакторе; переработка топлива; управление отработавшим топливом; управление отходами при выводе из эксплуатации ядерных объектов. Основным направлением по обращению с радиоактивными отходами (РАО) является дальнейшее снижение образования первичных РАО и перевод их в кондиционированное состояние.

Рис.7.1. Динамика изменения активности ОЯТ.

В целом, к источникам РАО следует отнести следующие производства:

• добыча природного урана;

• обогащение природного урана;

• изготовление ядерного топлива;

• радиохимические предприятия;

• атомные электростанции;

• исследовательские ядерные центры;

• полигоны испытаний ядерного оружия;

• места подземных ядерных взрывов в мирных целях;

• загрязненные территории в результате аварий (Кыштым, бухта Чажма, Чернобыль и др.) ;

• судостроительные и судоремонтные заводы, ведущие строительство, ремонт и утилизацию АПЛ, кораблей и судов с ЯЭУ;

• радиоактивные изотопы и источники ионизирующего излучения, используемые в промышленности и медицине;

• территории воинских частей и научных организаций, проводивших работы с радиоактивными веществами;

• золоотвалы угольных теплоэлектростанций.

В хвостохранилищах уранодобывающих и обогатительных предприятий происходит накопление радиоактивных элементов вследствие естественного распада радиоактивных ядер семейства урана. На ядерных реакторах появление РАО связано с негерметичностью оболочек твэлов, активацией продуктов коррозии металла и химических добавок в водяных контурах реактора. Однако наибольшая часть радиоактивных отходов выделяется при переработке ядерного топлива на радиохимических производствах.

7.2 Классификация рао.

По агрегатному состоянию РАО подразделяются на газообразные, твердые, и жидкие отходы.

Газообразные РАО состоят из двух групп: газообразные продукты деления (криптон, тритий, йоды, углерод и др.) и газы, выделяющиеся из радиоактивных растворов, в основном, в виде аэрозолей. Они не представляют труда для сбора и легко улавливаются различными фильтрами. Твердых РАО (ТРО) по объему меньше всего образуется. Они, как правило, не подвергаются химической переработке. Основной способ их переработки - уплотнение и прессование. Основное (по объему) количество ТРО – отходы горнодобывающих производств, забалансовые руды, загрязненные оборудование, тара, металлоконструкции, стройматериалы и грунты.

Основная же масса РАО (около 99% от общего объема) представляет собой жидкие радиоактивные отходы. Различают три уровня активности ЖРО: высокая – активность более 1 Ки/л; средняя – активность от 1∙10^-5 Ки/л; низкая – менее 1∙10^-5 Ки/л.

Классификация РАО в России.

В Российской Федерации в настоящее время принята классификация радиоактивных отходов в соответствии с Федеральным законом от 11 июля 2011 года № 190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами», в соответствие с которым радиоактивные отходы подразделяются на:

1. удаляемые радиоактивные отходы – радиоактивные отходы, для которых риски, связанные с радиационным воздействием, иные риски, а также затраты, связанные с извлечением таких радиоактивных отходов из пункта хранения радиоактивных отходов, последующим обращением с ними, в том числе захоронением, не превышают риски и затраты, связанные с захоронением таких радиоактивных отходов в месте их нахождения;

2. особые радиоактивные отходы – радиоактивные отходы, для которых риски, связанные с радиационным воздействием, иные риски, а также затраты, связанные с извлечением таких радиоактивных отходов из пункта хранения радиоактивных отходов, последующим обращением с ними, в том числе захоронением, превышают риски и затраты, связанные с захоронением таких радиоактивных отходов в месте их нахождения.

 

Критерии отнесения радиоактивных отходов к особым радиоактивным отходам и к удаляемым радиоактивным отходам устанавливаются Правительством Российской Федерации.

 

Удаляемые радиоактивные отходы для целей их захоронения классифицируются последующим признакам:

1. в зависимости от периода полураспада содержащихся в радиоактивных отходах радионуклидов – долгоживущие радиоактивные отходы, короткоживущие радиоактивные отходы;

2. в зависимости от удельной активности – высокоактивные радиоактивные отходы, среднеактивные радиоактивные отходы, низкоактивные радиоактивные отходы, очень низкоактивные радиоактивные отходы;

3. в зависимости от агрегатного состояния – жидкие радиоактивные отходы, твердые радиоактивные отходы, газообразные радиоактивные отходы;

4. в зависимости от содержания ядерных материалов – радиоактивные отходы, содержащие ядерные материалы, радиоактивные отходы, не содержащие ядерных материалов;

5. отработавшие закрытые источники ионизирующего излучения;

6. радиоактивные отходы, образовавшиеся при добыче и переработке урановых руд;

7. радиоактивные отходы, образовавшиеся при осуществлении не связанных с использованием атомной энергии видов деятельности по добыче и переработке минерального и органического сырья с повышенным содержанием природных радионуклидов.

 

Критерии отнесения радиоактивных отходов к удаляемым и к особым и классификация удаляемых радиоактивных отходов установлены Постановлением Правительства Российской Федерации от 19 октября 2012 г. № 1069 «О критериях отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам, критериях отнесения радиоактивных отходов к особым радиоактивным отходам и к удаляемым радиоактивным отходам и критериях классификации удаляемых радиоактивных отходов».

Система классификации МАГАТЭ.

В основе классификации отходов МАГАТЭ лежит учет вариантов окончательного захоронения РАО. Основным признаком классификации служит длительность распада нуклида, т.к. требования к технологии захоронения отходов во многом определяются временем, в течение которого отходы представляют опасность. Согласно этой системе классификации, представленной в таблице, отходы подразделяются на четыре категории:

1. Отходы, освобожденные от контроля. К этой группе относятся отходы, содержащие такие низкие концентрации радионуклидов, что они могут быть освобождены от ядерного регулирующего контроля, поскольку радиологическая опасность отходов незначительна. Пределы содержания радионуклидов для этой категории отходов называются уровнями освобождения. Они устанавливаются органами государственного регулирования, принимая во внимание критерии для освобождения материалов от регулирующего контроля. Уровни освобождения рассчитываются из условия, что при всех сценариях облучения индивидуальная доза не должна превышать 10 мкЗв в год.

2. Низко и среднеактивные отходы Это отходы, содержащие такие количества радионуклидов, что необходимы меры для защиты персонала и населения. Этот класс охватывает очень широкий диапазон радиоактивных отходов, вплоть до отходов, содержащих такие высокие уровни активности, что требуются биологическая защита и даже охлаждение. В этой категории выделены две группы отходов, содержащих короткоживущие и долгоживущие радионуклиды. Способы захоронения низко- и среднеактивных отходов разнообразны.

3. Высокоактивные отходы. Отходы, содержащие такие большие количества радионуклидов, что в течение значительного периода времени необходима их надежная изоляция от биосферы. Такие отходы требуют обязательного наличия биологической защиты при обращении с ними и охлаждения.

4. Граничные уровни. Граничные уровни при классификации предлагаются в терминах параметров, наиболее уместных для безопасного захоронения радиоактивных отходов. Категория низко- и среднеактивных отходов (LILW- low and intermediate-level waste) подразделяется на короткоживущие LILW и долгоживущие LILW. Приповерхностное захоронение может быть подходящим методом для короткоживущих LILW, однако для долгоживущих LILW отходов может оказаться необходимым захоронение в глубоких геологических формациях. Граничные уровни между категориями РАО характеризуются лишь порядком величины активности (таблица 1). Конкретные значения активности, пригодные для дальнейшего подразделения отходов в пределах одной категории - прерогатива национальной системы классификации.

Таблица 7.1. Характеристики категорий РАО (МАГАТЭ)

Категории отходов	Типичные характеристики	Метод захоронения
1. Освобождаемые от контроля отходы (CW)	Уровни активности равны или ниже уровней, основанных на годовой дозе для населения не более 0,01 мЗв.	Нет радиологических ограничений
2. Низко- и среднеактивные отходы (LILW)	Уровни активности выше величин для CW и тепловыделение ниже 2Вт/м3.
2.1. Короткоживущие отходы (LILW-SL)	Ограниченная концентрация долгоживущих радионуклидов (меньше 4000 Бк/г в отдельных упаковках отходов и в среднем 400 Бк/г для всех упаковок).	Приповерхностные или глубинные геологические хранилища
2.2. Долгоживущие отходы (LILW-LL)	Концентрация долгоживущих радионуклидов выше пределов для короткоживущих отходов.	Глубинные геологические хранилища
2.3 Высокоактивные отходы (high level waste HLW)	Тепловая мощность выше 2Вт/м3 и концентрация долгоживущих радионуклидов выше пределов для короткоживущих отходов	Глубинные геологические хранилища

 

Классификации радиоактивных отходов во Франции

Во Франции твердые радиоактивные отходы делятся на три категории:

• Категория A: Низко- и среднеактивные отходы, содержащие короткоживущие радионуклиды (время полураспада ~30 лет) и содержащие только следы долгоживущих радионуклидов (3,7x106 Бк/кг). Эти отходы подлежат захоронению в поверхностных объектах окончательной изоляции с ожидаемым административным контролем, не превышающим 300 лет.

• Категория B: Среднеактивные отходы, содержащие долгоживущие радионуклиды (время полураспада >30 лет), главным образом альфа-излучающие радионуклиды, без существенного тепловыделения, характеризуемые как TRU отходы с низким выделением тепла, с максимальным содержанием 3,7x106 Бк/кг, и со средней загрузкой отходов в хранилище, не превышающей 3,7x105 Бк/кг.

• Категория C или HLW: Отходы, содержащие продукты распада, образующиеся от переработки топлива, отвержденные остекловыванием и характеризуемые высоким тепловыделением во время их образования.

Классификация радиоактивных отходов в США 

• Радиоактивные отходы с высоким уровнем активности (HLW) - высоко радиоактивный материал, образующийся в результате переработки отработавшего топлива, включая жидкие отходы, и любой твердый материал, полученный из таких жидких отходов, который содержит продукты деления в значительной концентрации, и другой высокорадиоактивный материал, который Комиссия по ядерному урегулированию (NRC) США в соответствии с существующим законом определяет как материал, требующий постоянной изоляции. В разомкнутом топливном цикле отработавшее ядерное топливо рассматривается в качестве высокоактивных отходов.

• Трансурановые отходы (TRU) - отходы содержащие альфа- излучающие изотопы с атомным номером, Z большем чем 92, с периодом полураспада > 5 лет и с концентрацией больше 3.7•106 Бк/кг.

• Низкоактивные отходы (LLW) – отходы, не являющимися HLW, отработавшим ядерным топливом, TRU-отходами, или побочными материалами. Хвосты горнодобывающих заводов также рассматриваются как радиоактивные отходы.

• Другая категория отходов, которая регулируется не государством, а индивидуальными штатами – природный материал или материал, произведенный на ускорителях, который классифицируется как LLW с точки зрения захоронения.