радиоактивные отходы

РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ

газы, растворы, разл. материалы и изделия, биол. объекты и т. п., в которых содержание радионуклидов превышает значения, установленные действующими нормами и правилами, и которые не подлежат дальнейшему использованию. Р. о. представляют опасность для человечества, поэтому нормы и правила по обращению с Р.O. устанавливаются Международной комиссией по ра-диологич. защите (МКРЗ), Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) и Национальными нормами и правилами. Существуют основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (ОСП — 72/87) и Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СПОРО-85), регламентирующие порядок сбора, удаления, хранения и захоронения P.O. Безопасность обращения с Р.O. регламентирована Нормами радиационной безопасности (НРБ-76/87). В соответствии с этими нормами и правилами жидкие отходы (растворы, пульпы, орг. жидкости) считаются радиоактивными, если содержание в них отдельных радионуклидов или их смесей превышает допустимые концентрации для воды ДK_Б. Индекс Б означает категорию облучаемых лиц, которые не работают непосредственно с Р. о., но по ряду причин могут подвергаться воздействию излучения: лица, работающие во вспомогат. или административно-хо-зяйств. учреждениях, проживающие в пределах санитарно-защитной зоны, а также проживающие в прилегающей к месту захоронения зоне наблюдения (см. радиационная защита). Для ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra, ²³⁹Pu значения ДK_Б составляют соотв. 14,8; 555; 2,0; 81,4 Бк/л. Для жидких отходов любого состава должно выполняться условие:

где A_i и (ДK_Б)_i-радиоактивность i-го радионуклида в смеси и его допустимая концентрация в воде. Жидкие Р. о. подразделяют на слабоактивные (до 370 кБк/л), среднеактивные (от 370 кБк/л до 37 ГБк/л) и высокоактивные (выше 37 ГБк/л).

Твердые отходы (отработанное ядерное горючее, источники излучения, оборудование, ионообменные смолы, фильтры, остатки выпаривания растворов-соляные кеки, горючие материалы, биол. объекты) считаются радиоактивными, если их уд. активность превышает: для β-излучателей 74 кБк/кг, для α-излучателей 7,4 кБк/кг, для трансурановых элементов 0,37 кБк/кг. Для отходов с преимуществ. содержанием у-излучателей нормируется величина (А/т)Г_си с размерностью Гр∙м²∙с⁻¹∙кг⁻¹, где А — активность излучателя в Бк, m-его масса в кг, Г_си-γ-постоянная (Гр∙м²∙с⁻¹∙Бк⁻¹). Твердые отходы считаются радиоактивными, если (А/т)Г_СИ > 0,2∙10⁻¹² Гр∙м²∙с⁻¹∙кг⁻¹. К твердым Р. о. относят также материалы и изделия, уровни загрязнения поверхности которых превышают 5 α-частиц/(см²∙мин) или 50 β-частиц/(см²∙мин) при площади загрязнения больше 100 см². При транспортировке и переработке твердых Р.O. для рацион. построения защиты от внеш. γ-излучения их делят на три группы, в зависимости от мощности дозы излучения на расстоянии 10 см от любой точки поверхности: первая — с мощностью дозы до 0,3 мГр/ч; вторая — с мощностью дозы от 0,3 до 10 мГр/ч; третья — с мощностью дозы выше 10 мГр/ч (см. доза).

Осн. количество Р.O. образуется в ядерном топливном цикле (ЯТЦ). Суммарное поступление радионуклидов в окружающую среду составляет: в атмосферу 1,3∙10¹⁶ Бк/ГВт (эл) год (электрич. мощности в год), в гидросферу 3,3∙10¹⁴ Бк/ГВт (эл) год. В состав газовых выбросов входят в осн. радиоактивные благородные газы ⁸⁵Kr, ^85mKr, ⁸⁸Kr, ¹³³Хе, ¹³⁵Хе и небольшие количества (неск. процентов от уровней, допустимых НРБ-76/87) др. радионуклидов (³Н, ¹⁴С, ¹³¹I, ¹²⁹I, ⁹⁰Sr, ⁸⁹Sr). Оценочные сведения об объемах и общей радиоактивности Р.O., накопившихся во всем мире к 1990, приведены в таблице.

Методы обращения с Р. о. и их последовательность указаны на схеме. Выделяют 4 осн. подхода к обращению с Р. о.: 1) очистка от высокоактивных примесей пылегазовых и жидких отходов с последующим сбросом низкоактивных Р. о. в атмосферу или водоемы, где происходит их разбавление до разрешенных уровней.

2) Сброс жидких P.O. низкой и средней активности в фильтрующие колодцы и искусств. подземные полости в глинистых толщах. Таким способом в Хэнфорде (США) до 1959 удалено 1,5∙10⁷ м³ жидких Р.O. общей активностью 1∙10¹⁷ Бк.

3) Выдержка с целью уменьшения уд. активности во временных хранилищах (от неск. суток до десятков лет) перед переработкой и сбросом в окружающую среду. При временном хранении высокоактивных жидких и твердых Р. о. предусматривается их принудит. охлаждение. Нарушение режима хранения может иметь катастрофич. последствия. Например, 29 сентября 1957 близ г. Кыштым (Южный Урал) произошел взрыв емкости с высокоактивными Р.O. В результате в атмосферу была выброшена смесь радионуклидов ¹⁴⁴Ce и ¹⁴⁴Pr, ⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb, ¹⁰⁶Ru и ¹⁰⁶Rh, ⁹⁰Sr и ⁹⁰Y, ¹³⁷Cs общей активности ок. 7,4∙10¹⁶ Бк. Общая площадь загрязнения составила (15–23)∙10³ км², плотн. загрязне-ния — от 3,7∙10⁹ до 1,5∙10¹⁴ Бк/км².

4) Переработка Р.O. с целью уменьшения их объема и проведение работ по изолированию Р. о. от биосферы. Для жидких Р.O. используют осаждение, экстракцию, ионный обмен (хим. способы переработки), а также дистилляцию, отверждение (физ. способы). Твердые Р. о. перерабатывают прессованием, сжиганием, кальцинацией (обжигом при 773–973 К), остатки улавливают и захоранивают. Надежных, абсолютно безопасных способов захоронения твердых Р.O. нет. Газообразные Р.O. перерабатывают посредством хим. поглощения (радионуклиды I, Br, Те), адсорбции, фильтрации, их хранят в баллонах при повыш. давлении.

Конечным продуктом переработки различных Р.O. являются иммобилизованные твердые Р. о. в виде компактных блоков. Для иммобилизации и изолирования твердых Р.O. применяют след. способы: цементирование и битумирование Р.O. с низкой и средней уд. активностью; высокотемпературный обжиг (кальцинация и суперкальцинация) для получения спеченных частиц; остекловывание с применением боросиликатных (при 1273 К) или фосфатных (при 773 К) стекол, упаковка в контейнеры из нержавеющей стали и свинца.

Длит. хранение переработанных Р. о. (десятки лет) ведется в траншеях, наземных или неглубоких подземных инженерных сооружениях, снабженных системами контроля за миграцией радионуклидов. Захоронение (на сотни лет) проводят в материковых геол. структурах (подземных выработках, соляных пластах, естеств. полостях) и на дне океана в сейсмически неопасных районах. Как теоретически возможное захоронение Р. о. рассматривается превращение (трансмутация) долгоживущих радионуклидов в короткоживущие путем облучения в реакторе или на ускорителе (протонное и γ-выжигание). Выбор вида захоронения зависит от уд. активности и радионуклидного состава Р. о., степени герметизации упаковок и вероятной продолжительности захоронения. Механизмы миграции радионуклидов из мест хранения (или захоронения) в окружающую среду м. б. разными, осн. причина — выщелачивание радионуклидов из упаковок и разрушение контейнеров водой. Скорость выщелачивания считается приемлемой на уровне 10⁻⁵ -10⁻⁸ г/см² в сутки, что обеспечивает хранение в течение неск. тысяч лет без загрязнения окружающей среды выше допустимых уровней. Согласно Лондонской конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов (1972), запрещен сброс в океан отработавшего ядерного топлива, а также некоторых др. видов Р. о. с уд. активностью, превышающей 5∙10⁷ Бк/кг (α-излучатели), 2∙10¹⁰ Бк/кг (β- и γ-излучатели с периодом полураспада Т_1/2 более 1 года, кроме трития), 3∙10¹² Бк/кг (для трития и β- и γ-излучателей с Т_1/2 менее 1 года). В настоящее время б. ч. высокоактивных Р.O., образующихся при переработке ядерного топлива в разл. странах, хранится либо в виде жидкостей (кислых или щелочных), либо в виде солевых концентратов в резервуарах из нержавеющей стали (кислые растворы) или из низкоуглеродистой стали (щелочные растворы).

Захоронение Р. о. осуществляют в специально оборудованных емкостях из нержавеющей стали, помещенных в поверхностные слои земли выше уровня грунтовых вод. Транспортирование, переработка и захоронение Р. о. производится спец. пунктами или специализир. комбинатами. Участок для захоронения должен быть расположен вне территории перспективного развития населенных пунктов и пригородных зон на расстоянии не менее 500 м от водоемов и водозаборов на незатопляемой и нсзаболочен-ной местности. Вокруг пункта или комбината устанавливается санитарно-защитная зона радиусом не менее 1000 м.

Служба пункта захоронения проводит систематич. радиац. контроль, включающий контроль нуклидного состава радиоактивных веществ в аэрозолях, воде, открытых водоемах, подземных водах, выпадениях из атмосферы, в почве, донных отложениях, растительности и кормах местного производства, гидробионтах, продуктах питания местного производства. Зона наблюдения в 3–4 раза превышает санитарно-защит-ную зону.

Р.о. являются одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Осн. задача — переработка и захоронение уже накопленных Р.о. — в настоящее время не может считаться окончательно решенной. В Нидерландах, Финляндии, Швейцарии, Швеции в настоящее время не перерабатывают и не захоранивают Р.O., но разрабатывают национальные программы по обращению с Р.O.

^{Лит.: Охрана окружающей среды па предприятиях атомной промышленности, под ред. Б. Н. Ласкорина, М., 1982; Соболев И.А., ХомчикЛ.М., Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах, М., 1983; Ядерная энергетика, человек и окружающая среда, под ред. А. П. Александрова, 2 изд., М., 1984; Кыштымская авария крупным планом, "Природа", 1990, № 5, с. 47–75.}

_{В. К. Власов}