Вопрос радиационной безопасности в экологическом образовании в средней школе (стр. 7 из 15)

Три основних принципи, що використовуються в роботі з радіоактивними відходами:

· "Концентрувати й ізолювати"

· "Розбавляти і розсіювати"

· "Витримувати і розщеплювати".

Два перших принципи використовуються в роботі і з нерадіоактивними відходами. Відходи концентруються й ізолюються, чи розбавляються (у дуже малих кількостях) до прийнятних рівнів і потім розсіюються в навколишнім середовищі. Принцип "витримувати і розщеплювати" відноситься тільки до радіоактивних відходів і означає, що відходи зберігають протягом визначеного часу, протягом якого їхня радіоактивність зменшується завдяки природному розпаду ізотопів.

Основна увага приділяється високорівневим відходам, що містять продукти розподілу і трансуранові елементи, що утворяться в процесі роботи ядерного реактора.

Високорівневівідходи містяться безпосередньо у відпрацьованому ядерному паливі чи в продуктах його переробки. Так чи інакше, їхня кількість не занадто велика – щорічно приблизно 25-30 тонн вичерпаного палива (або три кубометри осклованих відходів) утвориться в результаті експлуатації типового легко-водяного ядерного реактора потужністю 1000 Мвт. Така кількість може бути ефективно й ощадливо ізольовано. Рівень радіоактивності таких відходів швидко зменшується. Наприклад, відпрацьовані паливні елементи, витягнуті з легко-водяного реактора, настільки радіоактивні, що випускають кілька сотень кіловат теплової енергії, але рік по тому це випромінювання зменшується до п'яти кіловат, а після п'яти років – всього один кіловат. Через 40 років рівень радіоактивності в них падає, приблизно, у тисячу разів.

Після спеціальної переробки відпрацьованого палива, приблизно 3% високорівневих відходів знаходяться в рідкому стані і містять "золу" від згорілого урану. Це високорадіоактивні довгоживучі продукти розпаду урану і деяких важких елементів. Вони виробляють значну кількість теплоти і вимагають спеціального охолодження. Такі відходи остекловивають спеціальними складами в невеликі капсули, закладають на проміжне збереження з наступним довгостроковим розміщенням глибоко під землею. Такі принципи звертання з радіоактивними відходами прийняті у Великобританії, Франції, Німеччині і Японії.

З іншого боку, якщо відпрацьоване реакторне паливо не піддається обробці, то всі високо радіоактивні ізотопи залишаються в ньому. У цьому випадку з паливними елементами звертаються як з високорівневими відходами. Такий прямий підхід до роботи з відпрацьованим ядерним паливом прийнятий у США і Швеції.

Багато країн, включаючи Канаду, дотримуються різних концепцій, вибираючи між переробкою і прямим довгостроковим збереженням відпрацьованого ядерного палива.

Високорівневі відходи складають тільки 3 % від усіх радіоактивних відходів в усьому світі, але вони містять до 95 % усієї радіоактивності, що міститься в них.

Мал. 4. Що відбувається в легко-водяному реакторі через три 3 роки?

Поряд з високорівневими відходами ядерної енергетики, робота з радіоактивними матеріалами приводить до виникнення відходів низького рівня (засобу очищення устаткування, рукавички, спеціальний одяг, інструменти і т.д.). Такі відходи хоча і не представляють особливої небезпеки, але вимагають більш ретельного звертання ніж звичайне сміття. Відходи низького рівня надходять також з медичних установ, науково-дослідних лабораторій і промисловості. Вони можуть бути спалені. Але звичайно їх розміщають у спеціальних сховищах під землею. У будь-якому випадку, з них спочатку виділяють усі високо токсичні матеріали і включають у високорівневі відходи, що забезпечує безпеку й ефективність роботи з такими, відносно нешкідливими, матеріалами. Багато країн мають сховища для розміщення відходів низького рівня. Відходи низького рівня мають, приблизно, такий же рівень радіоактивності, як і низькосортна уранова руда, а їхня кількість, що утвориться щороку, майже в п'ятдесят разів більше, ніж кількість високорівневих відходів. В усьому світі вони складають 90 % від усіх радіоактивних відходів, але мають лише 1 % радіоактивності.

Відходи проміжного рівня головним чином виникають у ядерній промисловості. Вони більш радіоактивні і їх ізолюють від людей перед обробкою і розміщенням на збереження. Звичайно вони містять у собі різні смоли, хімічні опади, компоненти реакторного устаткування і забруднені матеріали від реакторів, що знімаються з експлуатації. Звичайно, такі відходи бітумують і розміщають у спеціальних сховищах. Короткоживучі відходи (головним чином, різні компоненти реакторного устаткування) зберігають у підземних сховищах, але довгоживучі відходи (від переробки ядерного пального) розміщають глибоко під землею. В усьому світі відходи проміжного рівня складають 7 % від усіх радіоактивних відходів і має 4 % радіоактивності.

Переробка відпрацьованого палива

Необхідність переробки вичерпаного ядерного палива викликається з однієї сторони можливістю відновлення невикористаного урану і плутонію у відпрацьованих тепловиділяючих елементах, а з іншого боку – можливістю зменшення кількості високорівневі радіоактивних відходів.

Переробка запобігає зайвій витраті коштовних ресурсів, тому що у своїй більшості відпрацьоване паливо містить до 1% ізотопу, що ділиться, урану-235 і трохи меншу кількість плутонію. Переробка дозволяє повторювати ядерний цикл у тепловиділяючих елементах, зберігаючи, приблизно, до 30 % природного урану. Таке змішане оксидне паливо – важливий ресурс. Виділені при цьому високорівневі відходи, перетворюють в невеликі, стійкі, незруйновані тверді капсули, більш зручні для подальшого збереження, ніж об'ємні відпрацьовані тепловиділяючі елементи.

На сьогоднішній день більш 75000 тонн відпрацьованого ядерного палива від цивільних енергетичних реакторів уже піддано повторній обробці, а щорічний обсяг переробки складає, приблизно, 5000 тонн.

Відпрацьовані паливні зборки, вилучені з реактора, дуже радіоактивні і виділяють тепло. Тому їх поміщають у великі резервуари, наповнені водою ("басейни витримки"), що охолоджує їх, а трьох метровий шар води поглинає небезпечне випромінювання. У такому стані вони залишаються (безпосередньо в реакторному відділенні чи на переробному заводі) протягом декількох років, поки рівень радіоактивності значно зменшиться. Для більшості видів ядерного палива, його переробка починається, приблизно, через п'ять років після вивантаження з реактора.

Звичайний легко-водяний реактор потужністю 1000 МВт виробляє щорічно, приблизно, до 25 тонн вичерпаного палива. Після попереднього охолодження воно може транспортуватися в спеціальних захисних контейнерах, що вміщають лише п'ять-шість тонн відпрацьованого палива, але самі важать до 100 тонн. Транспортування відпрацьованого палива й інших високорівневих відходів досить жорстко регламентуються.

Переробка відпрацьованого оксидного палива починається з розчинення тепловиділяючих елементів в азотній кислоті. Після цього роблять хімічний поділ урану і плутонію. Уран і плутоній можуть бути повернуті до початку паливного циклу – уран на конверсійний завод для дозбагачення, а плутоній безпосередньо на підприємства по виготовленню палива. Рідина, що залишається, після видалення урану і плутонію являє собою високорівневі відходи, що містять, приблизно, 3 % вичерпаного палива. Радіоактивність цих відходів висока, і вони продовжують виробляти багато теплоти.

Активна переробка ядерного палива вироблялася починаючи з 1940-их років, головним чином для регенерування плутонію у військових цілях. У Великобританії, металеві тепловиділяючі елементи від реакторів першого покоління з газовим охолодженням були повторно оброблені в Селфилде приблизно 40 років тому. За цей час завод, що переробляє 1500 тонн у рік, був значно удосконалений для підтримки належного рівня безпеки. З 1969 по 1973 рік на заводі також повторно оброблялося оксидне паливо на спеціально виділеній і модифікованій для цієї мети ділянці. Новий завод по переробці оксидного палива потужністю 1200 тонн у рік був побудований у 1994 році.

В Франції один завод потужністю 400 тонн у рік по переробці металевого палива від реакторів з газовим охолодженням працює в Марселі. У Ла Гаазі з 1976 року відбувається переробка оксидного палива, і в даний час тут експлуатується два заводи потужністю по 800 тонн у рік. Індія має завод по переробці оксидного палива з продуктивністю 100 тонн у рік Японія будує великий завод у Рокакошо, хоча велика частина вичерпаного палива, повторно обробляється в Європі (це складає всього 100 тонн у рік). Росія має завод по переробці оксидного палива в Челябінську потужністю 400 тонн у рік.

Після переробки відновлений уран дозбагачується і відправляється на підприємство по виготовленню свіжого реакторного палива. Плутоній же повинен пройти технологічний цикл по виготовленню змішаного оксидного палива на спеціальному заводі, що часто інтегрується з переробним підприємством. В Франції, наприклад, для того щоб уникнути створення не використовуваних запасів плутонію, вихід продукції переробного підприємства строго погоджений із завантаженням потужностей заводу по виготовленню оксидного палива. Якщо плутоній зберігається протягом декількох років, то в ньому збільшується рівень вмісту, ізотопу Америцію-241, який створює труднощі при виробництві оксидного палива через підвищення рівня гама випромінювання.

Таблиця 5

Обсяг виробництва змішаного оксидного палива (т/рік)