Переработка и утилизация жидких и твердых радиоактивных отходов АЭС



Рисунок 5.2 - Контейнер КМЗ

Контейнеры типа КРАД-1,36 и КРАД-3,0 предназначены для размещения твёрдых и отверждённых радиоактивных отходов для хранения или захоронения [53].

Контейнеры типа КРАД-1 36 выпускаются в двух исполнениях: модель КРАД-1 36 предназначена для сбора и промежуточного хранения ТРО, их перевозки и размещения в контейнерах типа НЗК-150-15П и НЗК-Радoн и выполняет функцию вкладыша; а модель КРАД-1 36Т предназначена для размещения ТРО и их oмонoличивания и окончательной изоляции на специализированных предприятиях (рисунок 5.3) [52].

Рисунок 5.3 - Контейнер КРАД-1 36

Контейнер КО-1340 предназначен для размещения солевого плaвa или битумного компаунда с установок отверждения жидких радиоактивных отходов (рисунок 5.4)

Рисунок 5.4 - Контейнер КО-1340

Вышеперечисленные контейнеры практически закрывают потребности рынка для имеющейся номенклатуры низкоактивных и среднеактивных радиоактивных отходов. Развитие в последние годы новых технологий переработки радиоактивных отходов направлено на сокращение объема отходов, подлежащих хранению, транспортированию и захоронению, что приводит к образованию кондиционированных отходов, характеризующихся более высокими уровнями активности, чем существующие [52].

Контейнеры КМ РАО-2,8 предназначены для хранения твёрдых радиоактивных отходов. Контейнеры данного типа обеспечивает возможность его извлечения из хранилища в конце хранения, использования при захоронении отходов и размещения в дополнительном контейнере при необходимости. Контейнер данной модели способен вместить в себя 27 м³ твёрдых радиоактивных отходов (рисунок 5.5) [52].



Рисунок 5.5 - Контейнер КМ РАО-2,8

Контейнер НЗК-Радон предназначен для отверждённых и твёрдых радиоактивных отходов среднего и низкого уровней активности. Выполнен из железобетона. Контейнер предназначен для хранения в специальных сооружениях или захоронения в приповерхностных или подземных (могильниках) пунктах (рисунок 5.6) [52].

Рисунок 5.6 - Контейнер НЗК-Радон

Для транспортирования и хранения твёрдых радиоактивных отходов и источников гамма-излучения также используют контейнеры серии УКТ. Серия представлена моделями УКТ IА-70 (рисунок 5.7), УКТ IA-30 и УКТ IIA. Материал защиты изготавливается из углерод и водородсодержащей стали, а сам корпус - из нержавеющей стали [52].

УКТ-контейнер состоит из внешнего транспортного контейнера, в который вставляется внутренний переносной контейнер. Контейнеры обеспечивают сохранность и исключение потери или рассеяния во время транспортирования источников радиоактивного излучения. Также обеспечивается эффективная биологическая защита обслуживающего персонала, водителя транспорта и окружающей природной среды [52].

Рисунок 5.7 - Контейнер УКТ IА-70

После загрузки упаковок с радиоактивными отходами в контейнеры производится их транспортировка автомобильным, железнодорожным или морским транспортом до места их дальнейшей переработки, хранения или утилизации. Контейнер может быть повторно использован после выгрузки упаковок с отходами или же захоронен в могильниках или приповерхностных пунктах захоронения вместе с упаковкой для обеспечения более надёжной изоляции от окружающей среды [52].

Таким образом, перед кондиционированием жидкие радиоактивные отходы должны быть подвергнуты обработке путём очистки от радионуклидов. Основными методами очистки являются сорбционный, мембранный, термический методы, в дополнение к ним при различных технологиях могут применяться коагуляция, осаждение и флоккуляция. Кондиционирование направлено на иммобилизацию радиоактивных отходов путём обезвоживания, кальцинации, битумирования, цементирования и остекловывания. После кондиционирования создаётся упаковка, которая состоит из иммобилизованных отходов, заключённых в специальный защитный контейнер.

6. Захоронение радиоактивных отходов

6.1 Концепции захоронения радиоактивных отходов

Осуществление планов широкого промышленного использования атомной энергетики предполагает необходимость решения первоочередной задачи удаления радиоактивных отходов из сферы деятельности человека. По проведенной оценке возможной опасности для биосферы Земли время полной изоляции высокоактивных отходов должно приближаться к ста годам. Поэтому захоронение отходов сопряжено не только с преодолением технических трудностей долговременной изоляции высокоактивных отходов в условиях непрерывного рассеивания тепла, генерируемого радиоактивным распадом, с учетом возможных климатических и геологических изменений, но и с долгосрочной социальной ответственностью перед будущими поколениями [21].

Для удаления радиоактивных отходов было предложено несколько концепций: захоронение в континентальные геологические формации; захоронение на дне океана; захоронение в ледниковые зоны; удаление за пределы Земли; трансмутация актиноидной фракции высокоактивных отходов в стабильные или короткоживущие изотопы. Последние два способа рассматриваются в теоретическом плане и далеки от технического осуществления.

Геологическое захоронение подразумевает размещение контейнеров, содержащих отработанные топливные элементы, в стабильном пласте, обычно на глубине (100ч900) метров. Можно допустить, что такие породы содержат воду, так как глубина их залегания значительно ниже зеркала грунтовых вод [21].

Однако ожидается, что вода не будет играть большой роли при теплопередаче от контейнеров, поэтому хранилище должно быть спроектировано с учетом возможности поддержания температуры поверхности контейнеров не более, чем 100 °С или около того. Но присутствие подземных вод означает, что материал, выщелоченный из хранящихся блоков, может проникнуть через пласт с водой. Это является важным вопросом при проектировании таких систем. Циркуляция воды сквозь породу как результат разности плотностей, вызванный температурным градиентом, в течение длительного времени важна для определения миграции продуктов деления. Этот процесс очень медленный, и поэтому не ожидается, что от него будут серьезные неприятности. Однако для систем долговременного захоронения он должен быть обязательно принят во внимание [21].

Выбор между различными методами захоронений будет определяться доступностью удобных мест хранений. Для оптимального выбора места потребуется еще много биологических и океанографических данных. Но исследования во многих странах показывают, что радиоактивные отходы можно обрабатывать и захоранивать без чрезмерного риска для человека и окружающей среды [21].

Но должны быть рассмотрены вопросы выщелачивания продуктов деления из блока и их проникновение через слой породы. Эффекты конвекции и тепловой плавучести также очень важны при средних сроках хранения. О таких системах в настоящее время накоплено достаточно сведений, чтобы быть уверенными в том, что безопасное захоронение отходов атомной энергетики возможно.

Захоронение отходов в осадочные наслоения и скальные пласты под дном океана или на его дне осуществимо в двух вариантах. Подводным - бурением полостей для размещения контейнеров на определенных расстояниях, необходимых для рассеивания тепла, с последующим запечатыванием поверхности породы над скважиной или организацией свободного падения контейнера обтекаемой формы от поверхности воды, когда развиваемая скорость обеспечивает проникновение в дно на глубину до 50 м [21].

Наиболее часто обсуждаемой возможностью для захоронений такого типа является использование захоронений в глубоком Атлантическом океане, где средняя глубина составляет 5 км. Глубоководное скалистое дно океана покрыто слоем отложений, и неглубокое погребение под десятками метров отложений может быть получено простым сбрасыванием контейнера за борт. Глубокое погребение под сотнями метров отложений потребует бурения и закладки отходов [21].

Отложения насыщены морской водой, которая через десятки или сотни лет может разъесть контейнеры. Однако предполагается, что сами отложения отсорбируют выщелоченные продукты деления, препятствуя их проникновению в океан.

Более дешевым способом могло бы стать захоронение на дне океана, которое может быть реализовано простым погружением герметичных контейнеров с отверждёнными радиоактивными отходами, стойкими к выщелачиванию. Многие учёные полагают, что разрушения защитной оболочки контейнера под слоем отложений случится не ранее чем через (100ч200) лет. К этому времени уровень радиоактивности должен снизиться на несколько порядков [21].

Однако океан является неотъемлемой частью биосферы Земли, и его чистота должна охраняться не менее тщательно, чем другие объекты окружающей среды. В то же время современный уровень знаний о процессах, происходящих в глубинах океана, столь низок, что заставляет прибегать к весьма упрощенным моделям в прогнозировании возможного поведения отвержденных отходов при длительном нахождении их в контакте с океаническими водами на большой глубине. Поэтому метод захоронения на дне океана и под его дном требует крайне осторожного подхода. Также на него введен мораторий по международной конвенции, в результате которого были остановлены все работы по пробным захоронениям [21].

Соляные отложения являются привлекательными местами для долговременных захоронений радиоактивных отходов. Тот факт, что соль находится в твердой форме в геологическом слое, свидетельствует об отсутствии или крайне низкой циркуляции подземных вод с момента его образования. Таким образом, контейнеры, помещенные в таком отложении, не будет подвергаться выщелачиванию подземными водами. Соляные отложения такого типа встречаются очень часто.

Захоронение отходов в ледниковые области, в частности в Антарктиде, изучалось специалистами ряда стран. Такое захоронение вряд ли осуществимо из-за нестабильности ледниковой структуры в геологические периоды времени, ограниченного понимания геофизики льдов и отсутствия методов долгосрочного определения климата на Земле [21].

В настоящее время в США и Великобритании проводятся исследования океанических процессов по таким основным направлениям: улавливающая роль осадочных пород, дисперсионные процессы в толщах океанических вод и биологические процессы, определяющие возврат активности к человеку [7].

В современных условиях наиболее перспективным способом захоронения радиоактивных отходов является размещение их под землей в глубинных устойчивых геологических формациях, которые существуют достаточно стабильно на протяжении миллионов лет. Многие страны имеют расширенные национальные программы по изучению свойств разных типов пород, их способности удерживать отходы на протяжении сотен тысяч лет, по отысканию оптимальных способов и условий захоронения. Обмен собранной информацией, международная кооперация и сотрудничество могут значительно ускорить выработку долговременной политики и способствовать строительству в некоторых странах централизованных хранилищ отходов [7].

В Западной Европе при ЕС разработан и выполняется план обращения с радиоактивными отходами, согласно которому осуществляются работы по нескольким объединенным проектам и программам.

В основные программы ЕС включены проекты строительства подземных хранилищ-лабораторий и перечень задач для этих лабораторий. При ЕС будут работать три лаборатории: в Бельгии - в глинистых формациях, во Франции - в гранитах и в Германии - в соляных шахтах «Ассе», где такая лаборатория уже создана [21].

В результате предварительной оценки и детального изучения разных типов пород, наиболее пригодными для захоронения признаны соляные формации (Испания, Канада, Нидерланды, РФ, США, Германия, Швейцария), ангидриты или безводные гипсы (Испания, Швейцария), сланцы и глины (Бельгия, Великобритания, Испания, Италия, США, Франция), кристаллические горные породы типа гранитов (Австрия, Великобритания, Дания, Испания, РФ, США, Франция, Чехия), вулканические породы (Индия, Канада) [21].

Первый этап проводимых работ предусматривает комплексное определение характеристик района захоронения в отношении геологии, гидрогеологии, содержания воды и изоляции от подземных циркулирующих вод, определение пластичности, теплопроводности, сорбционной способности и емкости к радионуклидам вмещающей породы, пределов сохранения или изменения физико-химических ее свойств под действием тепловых нагрузок [21].

Полученные результаты служат теоретическим основанием для систематизации подходящих формаций, для выработки принципов и критериев отбора площадок при организации опытно-промышленного захоронения отходов и конкретных рекомендаций таких мест. К важным критериям при выборе площадок захоронения относятся помимо геологических, гидрологических и физико-химических свойств также сейсмичность района, возможные трассы утечек активности к поверхности, климатические изменения, характер взаимодействия окружающей породы с отходами.

6.2 Принципы захоронения РАО. Общие требования к пунктам хранения и захоронения

Сложившаяся обстановка в сфере обращения с радиоактивными отходами в РФ требует принятия серьёзных мер по безопасной и надёжной изоляции твёрдых и отверждённых радиоактивных отходов. Общепризнанным считается изоляция радиоактивных отходов в различных геологических формациях, с учётом выполнения необходимых требований.

Политика государства в области захоронения радиоактивных отходов должна опираться на следующие принципы:

- технические решения в данной области, при этом научно обоснованные, на определённый период должны гарантировать безопасность окружающей среды и человека;

- комплексы изоляции радиоактивных отходов не должны оказывать вредные воздействия на поколения людей;

- радиоактивные отходы должны быть защищены и изолированы таким образом, чтобы они не коснулись будущих поколений людей [41].

Основополагающие и нормативно-правовые документы по обращению (в том числе и захоронению) с радиоактивными отходами представлены в главе 3.

Международным сообществом сформулирована Концепция «надёжной и экологически безопасной изоляции РАО в геологических формациях». Данная концепция включает в себя главную цель по обращению с радиоактивными отходами, конечные цели, основополагающую идею и принципы.

Главной целью является выбор или разработка методов и способов захоронения отходов для обеспечения максимальной безопасности для человека и окружающей среды [56].

Конечной целью является эффективная и надёжная изоляция радиоактивных отходов на определённый период времени (обычно до 1 · 10⁶ лет) [56].

Основополагающие принципы: принцип ответственности перед следующими поколениями, принцип радиационной безопасности, технологический и инженерно-технический принципы [18].

Основополагающая идея основана на использовании недр в качестве барьера для сдерживания распространения радионуклидов в окружающую природную среду [41].

Надёжность и безопасность функционирования площадки захоронения радиоактивных отходов основывается на комплексных прогнозах; их качество будет зависеть от достоверности и полноты первичной информации [56].

Жизненный цикл подземного хранилища складывается из следующих этапов:

- выбор места для создания подземного хранилища;

- сбор и анализ информации, полученной в результате проводимых на данной территории геологоразведочных и гидрогеологических работ;

- создание специальной подземной лаборатории для проведения экспериментальных работ и изучения процессов возможного влияния захоронения на окружающую среду и свойства горных пород и т.д.;

- строительство сооружения;

- ввод в эксплуатацию и непосредственная эксплуатация сооружения;

- консервация объекта после полной загрузки радиоактивными отходами;

- послеэксплуатационное контролируемое (до 490 лет) и неконтролируемое состояние (до 100000 лет) [56].

НП 055-04 «Захоронение радиоактивных отходов. Принципы, критерии и основные требования безопасности» устанавливают критерии, требования и нормы безопасности при захоронении радиоактивных отходов. Далее приведены основные требования к размещению объектов захоронения РАО.

Выбор способа захоронения РАО и конструкции хранилища должны определяться и обосновываться в проекте сооружения. Данные решения зависят от характеристик радиоактивных отходов - состав, удельная активность, физико-химические свойства, а также от природных условий [41].

Допустимое содержание радионуклидов в радиоактивных отходах (в зависимости от типа заложения) приведено в приложении НП 055-04.

Безопасность могильников должна быть основана на применении совокупности физических барьеров, системы технико-организационных мер по их защите от различных процессов и явлений, а также на защите от радиоактивного излучения населения и окружающей среды [41].

Система барьеров должна обеспечивать безопасность захоронения радиоактивных отходов с учетом внешнего воздействия различного происхождения, а также с учетом протекающих в могильниках физико-химических процессов; барьеры должны сохранять изолирующие свойства при воздействиях на них горных пород и при выделении тепла от радиоактивных распадов внутри упаковок отходов; также барьеры должны препятствовать воздействию на могильник животных и людей [41].

Все хранилища радиоактивных отходов должны иметь систему физических барьеров. Барьеры обеспечивают безопасность хранения и захоронения радиоактивных отходов в период потенциальной опасности, учитывая влияние внутренних (химические реакции и превращения) и внешних (деятельность животных, человека, природные воздействия) процессов. Эффективность и количество барьеров устанавливается по результатам исследований и прогнозов безопасности [6].

Инженерные барьеры организовываются и устанавливаются таким образом, чтобы отсутствовал контакт упакованных радиоактивных отходов с грунтовыми водами, предотвращалось их разрушение и миграция радионуклидов при воздействии горных пород и тектонических процессов. Барьеры должны выполнять свои функции и после консервации (закрытия) хранилища, без ремонта и обслуживания [40].

В приповерхностных пунктах захоронения радиоактивных отходов в качестве физических барьеров могут служить: стенки контейнеров, упаковка радиоактивных отходов, матричный материал (битум, цемент, смола и т.д.), буферный материал, подстилающих и покрывающий экраны, строительные конструкции хранилища [6].

Естественные барьеры должны обладать низкими фильтрационными свойствами и ограничивать распространение радионуклидов в соседние горизонты [6].

Объекты хранения и захоронения радиоактивных отходов запрещается строить в сейсмически активных районах (или потенциально активных), а также в зонах с тектоническими нарушениями. Пригодными считаются формации каменной соли, кристаллические породы, вечномёрзлые грунты и глины.

Критериями пригодности геологической среды для организации могильников и хранилищ являются следующие положения. Геологическая формация должна иметь определённо большие размеры, чтобы в ее пределах разместились совокупность объектов - могильник, буферная зона и зона отчуждения. Могильник или хранилище должны располагаться в геологической среде, литологические особенности и глубина которой соответствуют категориям и количеству размещаемых отходов. Территорию для приповерхностного объекта рекомендуется выбирать в пределах положительных форм рельефа на слабопроницаемых грунтах с низким уровнем подземных вод, территория не должна подвергаться затоплению; её не рекомендуется выбирать в прибрежной зоне и в поймах рек. Не допускается размещать на территории с явными признаками эрозии, оседания, оползней и карстов [54].

Приток грунтовых вод в геологической среде должен быть минимальным и не должен приводить к подтоплению могильника или хранилища. Геохимические характеристики геологической среды должны ограничивать миграцию радионуклидов в другие среды. Могильник может быть расположен только в районе, который обладает низкой сейсмической активностью. Также необходимо учитывать наличие инженерных сооружений и естественных объектов, которые могут вызвать неустойчивость грунтов и горных пород, и наличие природных ресурсов и полезных ископаемых. Учитываются также климатические условия, в том числе экстремальные, и их возможные влияния на планируемое сооружение [54].

Территория пригодна для размещения пунктов захоронения радиоактивных отходов (далее объектов), если имеется возможность безопасного захоронения РАО с учетом природных и техногенных процессов и факторов. Также должна иметься возможность безопасного транспортирования радиоактивных отходов к объекту [54].

При эксплуатации хранилища должна обеспечиваться его физическая защита и защита хранимых в нём радиоактивных отходов, их контроль и учёт. Должно проводиться управление деятельностью по обслуживанию и эксплуатации систем хранилища таким образом, чтобы исключить возможность аварийных ситуаций на объекте. Персонал должен предотвращать нерегламентированные выбросы веществ из хранилища. Также необходимы мероприятия по предотвращению несанкционированного доступа посторонних лиц в хранилища, по защите персонала и населения от воздействия радиоактивного излучения, а также радиоактивного загрязнения хранилища [41].

При эксплуатации хранилища должны быть обеспечены прием и входной контроль упаковок радиоактивных отходов. При приеме радиоактивных отходов обязательно должны контролироваться и проверяться: целостность и маркировка упаковки, наличие и комплектность сопроводительных документов, мoщность дозы радиоактивного излучения на поверхности. Также является обязательным визуальный и радиационный контроль соответствия фактических характеристик упаковок их паспортным данным [41].

Транспортирование радиоактивных отходов по территории объекта должно производиться только на специально оборудованных грузовиках по установленным маршрутам, в специальных транспортных контейнерах [41].

После полного заполнения секций и ячеек хранилищ упаковками радиоактивных отходов необходимо проводить процедуру консервации объекта [41].

Для оценки безопасности подземного сооружения создано специальное руководство. В данном руководстве определены возможные сценарии последующих событий и последствий. Анализ сценариев предусматривает определение различных явлений, которые влияют или могут влиять на распространение радиоактивных веществ. Проводится моделирование данных сценариев, в результате чего анализируются процессы и явления, которые способны повлиять на систему. Они обуславливаются или могут обуславливаться эффектами природных процессов, человеческой деятельности и комбинированными эффектами взаимодействия радиоактивных отходов и самого могильника. Главная задача такого анализа сводится к идентификации явлений, которые могут способствовать миграции радиоактивных веществ в другие среды, и отбросить те, которые вносят незначительный вклад в это воздействие [54].

Из природных процессов и явлений можно выделить наводнения, изменение климата, водного режима, денудация, сейсмическая активность, интрузии, зоны сдвига пород, осаждение и другие [6].

Система оценки безопасности возможна для оценки проекта могильника, лицензирования системы могильника и оценки выбранной площадки [54].

6.3 Выбор геологической формации для захоронения радиоактивных отходов

Причинами выбора ГФ (геологических формаций) для захоронения радиоактивных отходов является то, что они, будучи относительно устойчивыми системами, гарантируют их стабильное существование в течение длительного времени; в определённых ГФ миграция грунтовых вод либо совсем мала, либо отсутствует [54].

Грамотно выбранные ГФ в качестве «изолятора» могут гарантировать качественную изоляцию радиоактивных отходов на долгий период времени. Существует несколько критериев приемлемости ГФ для данных целей. Первым критерием является отсутствие грунтовых вод - одного из главных факторов миграции радионуклидов из формации в другие среды. Вторым критерием - достаточно хорошие сорбционные свойства грунтов и горных пород. Третьим фактором являются природные и искусственные барьеры, дополнительные элементы безoпасности и гермeтичности радиоактивных отходов. Для целей захоронения рассматриваются такие геологические формации, как эвапoриты, метаморфические, осадочные и магматические породы [54].

6.3.1 Эвапoриты

Эвапoриты представляют собой осадки химических соединений, которые выпали во время испарения различных водоёмов, не связанных с океаном. Масса осадков включает такое компоненты, как доломит, ангидрит, глина и каменная соль. Каменная соль является самым распространённым эвапoритом и встречается в виде горизонтальных пластов, куполов или штоков. Мощность соляных пластов на различных участках и территориях колеблется от нескольких сантиметров до сотен метров. Соляные купола - это интрузивные штоки с эллиптическими или вытянутыми горизонтальными сочетаниями. Такие купола содержат большие массы соли, их основа может располагаться на глубине (2ч10) км [54].

Главными преимуществами выбора соляных месторождений в качестве изолятора для радиоактивных отходов является:

- низкая пористость и отличная пластичность не позволяют проникать жидкости. Пластичные свойства способны восстанавливать структуру формации при их возможных нарушениях;

- в пределах месторождений циркуляция грунтовых вод идёт редко. Пластовые и купольные месторождения устойчивы к грунтовым водам вследствие образования защитной толщи из гипса и серы [54].

Вследствие высокой прочности соли на сжатие на некоторых участках возможно сооружение больших полостей без дополнительного укрепления.

К недостаткам данных формаций относятся:

- отсутствие сорбционных свойств;

- растворение формаций подземными водами на незащищённых участках;

- непрерывный диапиpизм [54].

Тем не менее, соляные формации являются наиболее приемлемым местом захоронения РАО.

Ангидритные формации встречаются на глубине (60ч110) метров. Он осaждается на ранней стaдии испарения преимущественно вблизи прибрежных зoн или мелкoводий испаряющихся морей. Редко встречаются чистые фoрмации, обычное явление - это тонкие прoслойки в соляных пластах. Ангидрит имеет высокую прочность на сжатие и проявляют склонность к растворению. Для строительства хранилища в ангидритных толщах данная формация должна обладать соответствующими размерами, должна отсутствовать циркуляция подземных вод [54].

Также в качестве мест захоронения радиоактивных отходов учёными рассматривались формации калийных солей и гипса.

6.3.2 Осадочные породы

Для целей захоронения радиоактивных отходов подходят также глинистые отложения. Они включают в себя сланцы, глины, алевролиты и другие составляющие; общим для всех этих пород является содержание в них глинистых минералов.

Основным фактором выбора формации остаётся пластичность глинистых пород, которая определяется отдельно для каждого участка и формации. При высокой пластичности глинистые породы легко деформируются, а при низкой - хрупки и склонны к трещинообразованию. Также отмечается, что пластичность глинистых пород изменяется после продолжительного пребывания в них упаковок радиоактивных отходов из-за выделения тепла последними. Глинистые отложения могут содержать большое количество воды, движение которой совершенно незначительно из-за низкой проницаемости глин [54].

Положительными моментами использования глинистых формаций для целей захоронения радиоактивных отходов являются:

- широкая распространённость глинистых формаций;

- нерастворимость грунтовыми водами;

- хорошие сорбционные свойства [54].

Отрицательными сторонами являются:

- сложность сооружения и содержания выработок;

- необходимость больших объёмов исследований, в том числе исследования пластичности на конкретном участке;

- значительные воздействия выделяющегося от радиоактивных отходов тепла на свойства глинистых пород - сорбционные способности и пластичность;

- низкая, по сравнению с солевыми формациями, теплопроводность [54].

Мел, доломит и известняк из-за значительного сходства по составу рассматриваются в совокупности семейства известняков. Их состав различен и включает карбонат кальция, глинистые и другие минералы. Известняки встречаются в виде пластов мощностью до десятка метров. Такие породы растворимы в воде. В подавляющем большинстве случае известняки и доломиты не рекомендованы для целей захоронения радиоактивных отходов из-за несоответствующей пластичности и возможности циркуляции подземных вод вследствие трещиноватости. Возможен вариант, когда нетрещиноватый доломитовый пласт защищён слоями сланцев. Та же самая картина складывается и с защищёнными мелкозернистыми песчаниками [54].

6.3.3 Вулканические горные породы

Наибольший интерес среди вулканических горных пород представляют граниты. Гранит состоит из слюды, кварца и полевого шпата. Граниты характеризуются значительной прочностью на сжатие, залегает огромными массивами, которые разделены на блоки трещинами. Особый интерес для целей захоронения радиоактивных отходов представляют собой районы, где вдоль трещин гранитных пород располагаются минералы с хорошими сорбционными свойствами, а также глубинные районы с отсутствием подземных вод.

Базальт представляет собой самую распространённую вулканическую породу. Для сооружения хранилища радиоактивных отходов может быть пригоден плотный и мощный слой базальта, но возникает проблема сооружения выработки из-за высокой прочности пород. На данный период времени применение вулканических горных пород для целей захоронения радиоактивных отходов не выгодно во всех отношениях [54].

6.4 Классификация хранилищ и пунктов захоронения радиоактивных отходов в РФ

Главные объемы радиоактивных отходов размещаются в 43 регионах РФ на 136 предприятиях в 1466 пунктах временного хранения, а также в 3 пунктах захоронения в глубоких пластах­коллекторах [2].

При этом следует отметить, что радиоактивные отходы атомных электростанций в общем объёме занимают лишь 5%, но следует отметить, что именно эти 5% содержат большую часть высокоактивных отходов (без учёта отработанного ядерного топлива). Данные по объёмам образования радиоактивных отходов представлены на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Вклад основных источников образования радиоактивных отходов

Большая часть хранимых радиоактивных отходов не подготовлена для долговременного хранения, является небезопасной для окружающей среды [55].

Хранение и захоронение радиоактивных отходов в РФ осуществляется на следующих группах хранилищ:

- хвостохранилище. Представляет собой открытое стационарное сооружение, которое предназначено для сбора и хранения низкоактивных жидких или твердых радиоактивных отходов. Такие хранилища располагаются на территории объекта образования отходов;

- ёмкости-хранилища. Представляют собой стационарные емкости, в которых на временном хранении находятся высокоактивные и среднеактивные жидкие радиоактивные отходы. Такие хранилища обеспечивают хорошую защиту от радиации и изолируют жидкие радиоактивные отходы от окружающей среды; они располагаются в хранилищах на территории объекта образования отходов;

- полигон глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов. Представляет собой совокупность природной геологической формации с комплексом инженерных сооружений для обращения с жидкими радиоактивными отходами. Такая система предназначена для захоронения отходов путём их закачки в пласт-коллектор;

- поверхностный водоем-хранилище жидких радиоактивных отходов. Такой объект представляет собой открытое стационарное сооружение, которое предназначенное хранения и сбора низкоактивных и среднеактивных жидких радиоактивных отходов; располагается на территории объекта образования отходов;

- приповерхностный пункт захоронения радиоактивных отходов. Это комплекс стационарных объектов и сооружений для приповерхностного захоронения радиоактивных отходов. Захоронению на таких объектах подлежат только твёрдые и отверждённые радиоактивные отходы; захоронение осуществляется на глубине (10ч200) метров, обычно по уровням [55].

Все ёмкости-хранилища выполняют специфичные функции:

- выдержка жидких радиоактивных отходов для уменьшения радиоактивности;

- отстаивание с целью получения осадка;

- накопление отходов до определённого объёма и дальнейшей обработки;

- подготовка жидких радиоактивных отходов для кондиционирования [56].

Хранение радиоактивных отходов в открытых ёмкостях - самый небезопасный этап начала их переработки. Концентрирование радионуклидов при бесконтрольном выпадении в осадок под действием гравитационных сил может создавать условия для возникновения цепных реакций. Цепная реакция приводит к выбросу радиоактивных веществ в атмосферу.

Система нормативного регулирования устанавливает требования для обеспечения безопасности при хранении жидких радиоактивных отходов, накопленных в хвостохранилищах и ёмкостях-хранилищах. Различными техническими и организационным мероприятиями необходимо предотвращать сверхнормативное облучение персонала при работе с отходами, исключать загрязнение радионуклидами поверхностных и грунтовых вод, а также унос аэрозолей и пылеобразование. Необходимо предусматривать радионуклидный и химический контроль водной среды и донных отложений. Неотъемлемой частью контроля должен быть мониторинг, который должен включать контроль объёмов поступления отходов, их состав, а также состояния физических барьеров. Для каждого хвостохранилища или ёмкости-хранилища должны быть установлены сроки хранения радиоактивных отходов, объёмы, удельная активность, общая активность, величины миграции радионуклидов. Для всех планируемых мероприятий должен проводиться анализ безопасности [55].

Выделяют два этапа хранения радиоактивных отходов:

- буферное хранение исходных радиоактивных отходов;

- промежуточное хранение кондиционированных радиоактивных отходов [21].

Буферное хранение является одним из главных компонентов предварительной обработки отходов - сбор и разделение. Такое хранение на определённых локальных площадках помогает осуществлять разделение отходов на категории с дальнейшей транспортировкой до следующего этапа обращения с ними; в определённых моментах буферное хранение может являться частью процедуры кондиционирования (сбор - кондиционирование на месте) [21].

Для соблюдения защиты и безопасности хранилища оборудуются соответствующими инженерными барьерами. Отходы при хранении должны быть разделены в зависимости от удельной активности для обеспечения безопасности при дальнейшем обращении.

Определение места, размера хранилища и его защитных сооружений должно основываться на грамотной оценке состава, удельной активности и агрегатного состояния отходов, объёмов образования и объёмов их переработки [21].

Низкоактивные отходы, которые могут содержать, например, такие радионуклиды (или продукты деления), как ³²Р, ⁹⁹Мо, ¹²⁵J и ¹³¹J направляются в специальные бассейны выдержки для уменьшения радиоактивности до нормативных требований [21].

Такая выдержка многих низкоактивных радиоактивных отходов позволяет производить их захоронение вместе с бытовыми отходами.

Причинами промежуточного хранения кондиционированных отходов являются, во-первых, снижение активности радиоактивных упаковок с отходами для упрощения их дальнейшего захоронения с соблюдением установленных критериев, а во-вторых, отсутствие возможности захоронения таких отходов [21].

Промежуточное хранение кондиционированных отходов может осуществляться в специальных ангарах или под открытым небом, с условием безопасной защиты упаковок, например, бетонными контейнерами; в специальных инженерных сооружениях с соответствующей инфраструктурой. В зависимости от характеристик отходов и требования безопасности хранилища оборудуются вентиляцией, системами безопасности (в том числе пожаротушения), автономными приборами для замера радиоактивности, дистанционными и иными погрузчиками и мостами. Хранилище должно обеспечивать защиту радиоактивных отходов от неблагоприятных условий (морозы, повышенная влажность), от несанкционированного доступа посторонних лиц, от коррозии, животных, а также удаление образующихся при делении взрывоопасных смесей посредством вентиляции. Также в хранилищах должен вестись учёт и контроль размещения отходов [21].

6.5 Иностранный опыт захоронения радиоактивных отходов

В большинстве случаев в зарубежных странах радиоактивные отходы захораниваются в различных типах приповерхностных хранилищ. Все варианты реализации приповерхностных захоронений РАО опираются на систему пассивных барьеров безопасности для предотвращения перемещения радионуклидов в биосферу или же значительного его замедления. При этом используются различные сочетания инженерных и естественных барьеров. Особенности применяемых барьеров могут существенно отличаться в том или ином проекте приповерхностного захоронения. Существует несколько концепции подобных захоронений, в зависимости от их расположения относительно поверхности земли [57].

В случае захоронения на поверхности могильник сооружается непосредственно на поверхности земли, образуя возвышение. При этом используются преимущественно инженерные барьеры, а наибольшие усилия направлены на то, чтобы предотвратить проникновение воды в само захоронение и таким образом контролировать перемещение радионуклидов, являющееся само по себе очень медленным процессом. Примерами подобных захоронений могут служить могильники РАО в департаменте во Франции и Эль Кабриль в Испании. Так как отходы размещаются высоко над грунтовыми водами, то они остаются сухими до тех пор, пока защитные барьеры находятся в целости, что при осуществлении должного контроля может продолжаться сотни лет. Другое преимущество данного подхода заключается в том, что требования к площадке предъявляются умеренные, то есть бывает сравнительно легко найти места, отвечающие техническим требованиям к такому типу захоронения. При этом главным недостатком такого варианта решения проблемы обращения с РАО является тот факт, что покрытие захоронения подвергается выветриванию и особенно эрозии, что может в перспективе нанести ущерб его целостности [57].

При траншейном типе захоронения отходы размещаются в инженерных траншеях непосредственно в земле. Захоронение может располагаться как над грунтовыми водами, так и под ними. При этом стоимость строительства двух вышеупомянутых типов захоронений схожая, но для захоронения траншейного типа зачастую бывает сложнее найти технически приемлемое место, так как предъявляются более высокие требования к гидрогеологическим параметрам. Воздействие выветривания и эрозии при таком варианте обращения с РАО по понятным причинам существенно ниже, чем при захоронении на поверхности, но из-за того, что оно обычно размещается ближе к грунтовым водам, бывает несколько сложнее оценить долговременную безопасность. Коррозия и разложение инженерных конструкций могут быть более значительными с течением времени. Примерами захоронений траншейного типа могут служить могильники РАО в Селлафилде (Великобритания) и в Рокасё Мура (Япония) [57].

В случае реализации подземного варианта захоронения, РАО могут размещаться в разработанных подземных полостях с возможностью доступа к ним через специальные туннели. В Швеции и Финляндии подобные захоронения РАО созданы в кристаллической породе. Кроме того, в различных странах мира (Германия, Россия, Бельгия) проводились или проводятся исследования относительно возможности создания подобных объектов в солевой породе или в глине. В этом случае отходы обычно размещаются под грунтовыми водами и таким образом, на всем протяжении периода эксплуатации подобного могильника вокруг его инженерных барьеров будет находиться насыщенная водой среда. По понятным причинам, требования к месту строительства подобного подземного захоронения гораздо выше, чем при реализации варианта на поверхности или близко от поверхности земли, поэтому найти технически приемлемые места не так просто. Создание подземных захоронений также является более дорогим мероприятием, по сравнению с двумя вариантами, описанными выше. Преимуществом данного подхода является то, что подземное захоронение будет занимать меньше площади на поверхности, будет менее заметным [57].

6.6 Проблемы захоронения радиоактивных отходов в морях

Захоронение жидких и твёрдых радиоактивных отходов в морях осуществлялось многими странами, имеющими атомный флот и атомную промышленность. В международно-правовом плане вопросы захоронения радиоактивных отходов в морях регулируются Конвенцией по предотвращению загрязнения морей сбросами отходов и других материалов, подписанной в Лондоне в 1972 году и вступившей в силу 30 августа 1975 года. Действие Конвенции распространяется на все морские пространства, кроме внутренних морских вод [58].

Согласно Лондонской конвенции стороны взяли на себя обязательства принимать всевозможные меры для предотвращения загрязнения моря сбросами отходов и других материалов, которые могут представлять опасность для здоровья людей, нанести ущерб живым ресурсам и жизни моря. Запрещается сброс отходов с высоким и средним уровнями активности. Захоронение радиоактивных отходов с низким и средним уровнем активности допускается по специальным разрешениям с уведомлением Секретариата Международной морской организации. Но при наличии на борту судна, осуществляющего операции по захоронению, наблюдателя компетентной международной организации, а также при соблюдении трех главных требований МАГАТЭ: расположение мест захоронения должно быть за пределами континентального шельфа, внутренних и окраинных морей; глубины в районе захоронения должны быть не менее 4000 м; захоронение возможно только в районах между 50° северной широты и 50° южной широты [58].

На Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в июне 1992 г. с участием России был единогласно принят основной программный документ «Повестка дня XXI века», предлагающий перейти к запрету такой практики, с учётом «предупредительного подхода в целях принятия обоснованного и своевременного решения этой проблемы».

Были также приняты и другие региональные многосторонние соглашения, связанные с проблемами захоронения в морях радиоактивных отходов. Наиболее важными из них являются: Конвенция по защите морской среды района Балтийского моря (1992 г.), Конвенция по защите морской среды Северо-Восточной Атлантики (Париж, 1992 г.), Конвенция по защите Черного моря от загрязнения (Бухарест, 1992 г.) [58].

Первое захоронение РАО в морях было произведено в 1946 году США в северо-восточной части Тихого океана на расстоянии около 80 км от побережья Калифорнии. Это означает, что сброс радиоактивных отходов низкого уровня активности в море начался практически одновременно с широким развитием атомной энергетики и промышленности. С 1949 года сбросы стали производиться Великобританией, с 1955 года - Японией, с 1965 - Нидерландами. До 1983 года 12 стран практиковали сброс радиоактивных отходов в открытое море. Среди них наибольшее количество сбросов произвели Великобритания и США. Так, Великобритания осуществила за период с 1949 по 1982 год 34 сброса твёрдых радиоактивных отходов в 15 точках Северной Атлантики, Ла-Манша, Бискайского залива и Канарских островов. Масса захороненных контейнеров составила 74052 тонны. Кроме того, в Великобритании широко практиковалось удаление жидких радиоактивных отходов с предприятия атомной промышленности в Селлафильде посредством их сброса через трубопроводы в Ирландское море. Масштабы сбросов были настолько велики, что их влияние прослеживалось до Баренцева и Карского морей [58].

США, по неполным официальным данным, представленным в МАГАТЭ, с 1949 по 1967 год осуществили в 11 точках Атлантики захоронение 34282 контейнеров, в том числе на минимальной глубине до 11 м. В воды Тихого океана за период с 1949 по 1970 год был сброшен 560261 контейнер с радиоактивными отходами.

Начиная с 1977 года Агентство по защите окружающей среды США проводило радиологические исследования в местах захоронения радиоактивных отходов в Северо-Западной Атлантике и в Тихом океане. В ряде случаев обнаружен высокий уровень цезия вблизи захороненных контейнеров. Большинство государств выступает за запрещение захоронения любых видов РАО в море, учитывая нарастающую в мире и в отдельных странах озабоченность загрязнением морской среды радиоактивными отходами. Однако ряд стран или уклоняются от прямого ответа, или настаивают на переходном периоде.

После вступления в силу Лондонской конвенции СССР принял ряд мер, направленных на выполнение международных норм и взятых обязательств в этой области. Были поэтапно сокращены, а затем полностью прекращены сбросы РАО с объектов Мурманского морского пароходства. В 1959 году в Белом море был осуществлен слив 600 м³ низкоактивных отходов. С 1960 года начинается практика регулярного сброса жидких радиоактивных отходов, а с 1964 года - захоронение твёрдых радиоактивных отходов в северных и дальневосточных морях. Как правило, низко- и среднеактивные твёрдые отходы, затопленные в северных морях, были заключены в металлические контейнеры. Крупногабаритные радиоактивные отходы затоплены отдельно или внутри специально выделенных судов - барж, лихтеров, танкеров. С 1986 года Мурманское морское пароходство захоронение ТРО в море прекратило, в 1984 г. были прекращены сбросы ЖРО. Среди всех захоронений РАО в северных морях наибольшую экологическую опасность представляют затопленные объекты с отработанным ядерным топливом, являющимся смесью продуктов деления и актиноидов [58].

Сброс жидких радиоактивных отходов в дальневосточных морях проводился СССР с 1966 по 1991 год в пяти районах. Наибольшее количество ЖРО по объёму было сброшено вблизи юго-восточного побережья полуострова Камчатка, а по общей активности - в районе Японского моря. Максимальное количество жидких радиоактивных отходов по активности было сброшено в 1986 году. Что же касается твёрдых радиоактивных отходов, то, по официальным данным, на Дальнем Востоке было затоплено около 6700 контейнеров, 38 судов, 100 отдельных крупногабаритных объектов, а также 2 реактора. В настоящее время сброс и захоронение радиоактивных отходов в РФ находится под полным запретом [58].

Окончательный выбор метода и способа захоронения определяется такими факторами, как свойства, агрегатное состояние радиоактивных отходов и наличие на определённой территории подходящих геологических формаций; немаловажным фактором является финансовое обеспечение деятельности, наличие соответствующих технологий и опыта. В Российской Федерации радиоактивные отходы (большая часть) находятся преимущественно на стадии временного хранения, остальные отходы захораниваются в приповерхностных пунктах захоронения твёрдых и жидких радиоактивных отходов. Захоронение радиоактивных отходов в морях запрещено. Для решения проблемы захоронения радиоактивных отходов в РФ предпочтительнее всего разрабатывать и реализовывать проекты локализации таких отходов в глубинных геологических формациях.

Заключение

Анализ ситуации с радиоактивными отходами в зарубежных странах и Российской Федерации показывает острую необходимость пересмотра стадий и методов обращения с ними.

Для повышения безопасности отходы должны проходить все основные стадии обращения с ними; для твёрдых и жидких радиоактивных отходов - сбор, сортировка, транспортирование, обработка, кондиционирование, временное хранение и захоронение.

Ситуация с отходами в РФ характеризуется тем, что большая часть жидких радиоактивных отходов при цикле обращения с ними не переводится в твёрдую форму, создавая большую угрозу окружающей среде и человеку. Их захоронение производится путём закачки объёмов в глубокие геологические пласты; в СССР же около четверти всех жидких отходов собиралось в герметичные бочки и захоранивалось в северных морях. Такая практика приводит к повышению радиационного фона и абсолютно не приемлема.

Для повышения безопасности при обращении с радиоактивными отходами и минимизации негативного воздействия радионуклидов, содержащихся в них, на окружающую среду и населения необходимо пересмотреть существующие концепции и как можно ближе приблизиться к соблюдению принципов обращения с радиоактивными отходами:

- запрет на сброс в окружающую среду любых радиоактивных отходов, независимо от агрегатного состояния и степени активности;

- создание на территориях АЭС локальных цехов или площадок по частичной переработке радиоактивных отходов - такой подход позволит снизить радиационную нагрузку на персонал и затраты на транспортировку отходов до специальных предприятий по их переработке;

- повышение финансирования сферы обращения с радиоактивными отходами и внимания со стороны государства;

- разработка новых и модернизация существующих технологий переработки радиоактивных отходов и оборудования, а также открытый обмен опытом с другими странами;

- захоронение, а также временное хранение радиоактивных отходов должно проводиться только в защитных контейнерах в специальных подземных сооружениях, необходимо забыть о практике открытого хранения;

- высокоактивные отходы после соответствующей выдержки должны подлежать захоронению в глубинных хранилищах или формациях с учётом требований безопасности;

- необходимо сводить к минимуму или вовсе устранять любой контакт человека с радиоактивными отходами; транспортировка, сортировка и перемещение отходов должны быть полностью автоматизированы;

- необходим запрет на хранение радиоактивных отходов, особенно жидких, на открытых площадках и ёмкостях.

Безопасное обращение с радиоактивными отходами, то есть минимальное воздействие содержащихся в отходах радионуклидов на окружающую среду и человека, позволит получать большое количество энергии от АЭС без существенного негативного воздействия.

радиация экологический законодательство захоронение

Список использованной литературы

1. Глухов Н.В., Лисочкина Т.В., Некрасова Т.П. «Промышленная экология» [Текст]: учебное пособие - СПб: Специальная литература, 2009. - 182 с.

2. Ахмедзянов В.Р., Лащёнова Т.Н. «Обращение с радиоактивными отходами» [Текст]. - М.: Энергия, 2008. - 210 с.

3. Лекции профессора И.Н. Бекмана 2013. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://profbeckman.narod.ru.

4. ГОСТ Р 50996-96 «Сбор, хранение, переработка и захоронение радиоактивных отходов. Термины и определения». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vsegost.com.

5. НП-019-2000 «Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://gosthelp.ru.

6. НП-069-2006 «Приповерхностное захоронение радиоактивных отходов. Требования безопасности». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://gosthelp.ru.

7. Википедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://wikipedia.ru.

8. Ким Д., Геращенко Л.А. Радиационная экология [Текст]: учебное пособие. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. - 213 с.

9. Руднев А.В. «Радиационная экология» [Текст]. Учеб. пособие А.В. Руднев-М.: издательство МГУ, 1999. - 88 с.