Так называемое «вторичное загрязнение» – еще один путь распространения «ядерной заразы». Уже давно стали обычным явлением скандалы, связанные с изъятием зараженной сельскохозяйственной продукции, грибов и ягод на российских рынках». [5]
3. РАО и ОЯТ
Исчерпывающим, на наш взгляд, можно считать интервью журнала «Вокруг Света» с Президентом Российского научного центра «Курчатовский институт», академика Евгению Павловича Велихова. В нем подробно освещены вопросы касающиеся радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива, их транспортировки и хранения, перспектив и опасности для окружающей среды.
Что такое отработавшее ядерное топливо.
Если кратко, то это уран, поработавший в ядерном реакторе и содержащий радиоактивные продукты деления. Поэтому его называют также облученным, или выгоревшим, ядерным топливом. В общепринятом смысле топливо - это то, что горит, то есть дрова, уголь, нефть, газ. Горение - это химическая реакция соединения какого-либо вещества с окислителем (в приведенных примерах - углеводородных соединений с кислородом), протекающая с интенсивным выделением тепла. Именно горение применяют в технике для получения тепла в топках, печах и камерах сгорания двигателей. На этой «огневой» энергетике в основном и базируется современная цивилизация. Совсем по-другому «горит» ядерное топливо. Уран выделяет тепло в результате не химической, а физической реакции - деления, для протекания которой не требуется ни кислород, ни иной окислитель. При каждом акте деления тяжелого ядра урана-235, инициируемом поглощением медленного нейтрона, образуются 2, а иногда 3 более легких ядра и несколько быстрых нейтронов. Будучи положительно заряженными, эти ядра с огромными скоростями разлетаются в разные стороны и, сталкиваясь с окружающими атомами, передают им свою кинетическую энергию, то есть нагревают вещество. Существует два типа отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Первый - природная смесь изотопов урана, которая длительно облучалась в промышленном реакторе с целью накопления оружейного плутония. Второй - тепловыделяющие сборки энергетических реакторов, содержащие ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) из обогащенного урана, выгорание которого достигло технологического предела из-за накопления продуктов деления.
ОЯТ всегда содержит три компонента:
• Невыгоревший уран;
• Продукты деления урана;
• Трансурановые элементы;
Стоит ли считать ОЯТ радиоактивными отходами (РАО) или нет? Чем ОЯТ отличается от «свежего» ядерного топлива.
«Свежим» называют ядерное топливо до загрузки его в реактор, отработавшим - то же топливо, но после облучения. Главное отличие ОЯТ от «свежего» топлива - огромная радиоактивность, обусловленная накопленными продуктами деления. Для «свежего» ядерного топлива характерна очень малая радиоактивность. Настолько слабая, что при изготовлении блочков из литого естественного урана нет необходимости использовать противорадиационную защиту персонала. У нас в Курчатовском институте экскурсантам, которые посещают первый в Европе и Азии экспериментальный реактор Ф-1 (кстати, успешно работающий с 1946 года), даже дают подержать один из таких блочков в руках, не опасаясь какого-либо облучения. Правда, предупреждают: «Осторожно!» Но за этим предупреждением вместо ожидаемого почти каждым гостем слова «радиация!» следует «не уроните!» При плотности около 18 г/см3 небольшой по размерам, удобно умещающийся в ладони блочок неожиданно массивен (его вес при диаметре 35 мм и высоте 100 мм составляет 1,7 кг). А вот ОЯТ, напротив, - один из самых радиационно-опасных объектов ядерного топливного цикла. Даже кратковременное пребывание человека вблизи ОЯТ, выгруженного из ядерного реактора, неизбежно сопровождается очень высокими дозами облучения. Поэтому любые операции с ОЯТ осуществляют только дистанционно, с использованием мощной экранирующей защиты от проникающих ионизирующих излучений.
Есть в обсуждаемой проблеме один весьма неожиданный аспект, на который мало обращают внимание. Это появление новых изотопов, которых вообще нет в природе. «Свежий» уран, не побывавший в реакторе, содержится в земной коре. Реакция биосферы на увеличение или уменьшение его количества в целом изучена. Но ведь во время ядерного синтеза, происходящего в реакторе, возникают трансурановые элементы и искусственные изотопы обычных веществ - это, на мой взгляд, одна из самых больших проблем ядерной энергетики, да и не только ее. Перед современным человечеством в полный рост встает вопрос о загрязнении биосферы теми элементами и химическими соединениями, которых в ней никогда не было. Поясню свою мысль: раньше на улицах городов для борьбы с гололедом разбрасывали соль. Из-за этого гибла растительность, но особого загрязнения биосферы в целом не происходило, потому что и натрий, и хлор (из которых состоит поваренная соль) - одни из самых распространенных элементов земной коры. Некоторое перераспределение этих веществ, в общем, не трагично, хотя и может вызвать весьма негативные последствия для данного конкретного скверика. Совсем иное дело, когда начинают накапливаться совершенно новые химические элементы и вещества, которые встречаются в природе в предельно малых количествах. Что в этом случае будет происходить, никто просто не знает, потому что у нас еще нет соответствующего опыта. Мне представляется, что проблема новых изотопов и химических соединений, возможно, даже более серьезная, чем проблема радиоактивного загрязнения, о котором наши знания за последнее время существенно расширились. При этом проведение хотя бы двухэтапного тестирования того или иного вещества стоит очень дорого, из-за чего значительная часть вновь появляющихся соединений вообще никак не оценена с экологической точки зрения.
Чем отработанное ядерное топливо отличается от радиоактивных отходов.
Прежде всего тем, что ОЯТ - это ценный продукт, содержащий 2 полезных компонента - невыгоревший уран и трансурановые элементы. Кроме того, среди продуктов деления содержатся радионуклиды (радиоактивные изотопы), которые можно с успехом применять в промышленности, медицине, а так-же в научных исследованиях. После того как из ОЯТ, которое представляет собой неразделенную смесь полезных и ненужных продуктов, выделяют как минимум два полезных компонента, невыгоревший уран и трансурановые элементы, включая плутоний, остаток превращается в особую разновидность РАО - отходы высокой удельной активности.
Когда возникла проблема обращения с ОЯТ.
В полный рост эта проблема встала в период создания отечественного ядерного оружия в конце 1940-х годов. Она была успешно разрешена в результате проектирования и сооружения первого в нашей стране радиохимического завода (РХЗ) большой производительности на Урале, в городе Челябинск-40, на базе № 10, известной теперь как комбинат «Маяк». Исходная задача комбината состояла в получении оружейного плутония, но вся цепочка химических реакций, отделяющих разные элементы друг от друга, естественно, пригодна и для переработки ОЯТ с атомных электростанций. По сходной схеме работают и другие отечественные РХЗ на Сибирском и Горно-химическом комбинатах - в городах Томск-7 (СХК) и Красноярск-26 (ГХК). Такую же задачу решали РХЗ в США, Великобритании, Франции и Китае.
С большой долей вероятности можно предположить, что аналогичные радиохимические установки небольшой мощности были использованы Индией и Пакистаном при получении плутония для национальных ядерных зарядов. В настоящее время крупной производительностью отличаются английский РХЗ фирмы BNFL (Селлафилд), находящийся на берегу внутреннего Ирландского моря, и французский - фирмы Cogema на мысе Аг, в проливе Ла-Манш.
По мере свертывания ядерных оружейных программ и роста числа АЭС радиохимические заводы все больше переориентировались на переработку ОЯТ энергетических реакторов. В частности, наш первый РХЗ в Челябинске-40 был модернизирован для этой цели и с тех пор носит новое название «РТ-1». Строившийся до развала Советского Союза второй завод - «РТ-2» законсервирован.
США избрали стратегию отсроченной (на 50-70 лет) утилизации выгруженного и выгружаемого из 107 американских АЭС ядерного топлива, приступив к сооружению глубинного федерального хранилища ОЯТ, рассматриваемого как стратегический государственный запас.
Почему другие страны не строят заводы для переработки ОЯТ?
Переработка ОЯТ, поступающего с АЭС, - очевидное будущее всех государств, развивающих ядерную энергетику. Такое «замыкание» ядерного топливного цикла (ЯТЦ) экономически целесообразно по ряду причин. Прежде всего, значительно (на 1/6 часть) сокращаются потребности в природном уране как за счет возврата 235-го изотопа урана, не сгоревшего в реакторе, так и в результате образования нового ядерного горючего - плутония. Как источник тепловой энергии 1 грамм плутония, кстати, эквивалентен примерно 1 тонне нефти. Переработанные ОЯТ можно использовать для производства ТВЭЛов, в том числе на основе смеси оксидов урана и плутония (так называемого МОХ-топлива). Помимо экономических преимуществ замыкание ЯТЦ снижает опасность распространения ядерного оружия из-за «сжигания» образующегося плутония, который в открытом цикле необходимо хранить под крайне жестким контролем. Хотя в мире накоплено около 240 тыс. тонн ОЯТ, переработано только 85 тыс. тонн. Из 30 государств, развивающих ядерную энергетику, только Великобритания, Франция и Россия построили и эксплуатируют РХЗ для переработки ОЯТ с АЭС. Это также обусловлено экономическими причинами, поскольку сооружение РХЗ экономически целесообразно лишь при годовой производительности 1 500 т ОЯТ, для чего необходимо эксплуатировать около 50 крупных АЭС. Поэтому Япония, в которой уже действуют 54 АЭС, вырабатывающие 1/3 всей электроэнергии, тоже приступила к сооружению РХЗ и планирует ввести его в строй через 2-3 года. В то же время необходимость переработки ОЯТ побудила владельцев многих АЭС искать предпринимателей, готовых взяться за эту работу. Возникшую нишу заполнили уже упоминавшиеся английский и французский радиохимические заводы. Они в течение нескольких десятилетий по долгосрочным контрактам перерабатывают ОЯТ с АЭС Бельгии, Германии, Швейцарии, Японии и других стран. Непременное условие таких контрактов - возврат всех трех перечисленных ранее компонентов ОЯТ (в том числе отходов высокой удельной активности) в страну - поставщика этого топлива. Кстати, отметим, что в соответствии с ранее заключенными международными соглашениями Россия также перерабатывала ОЯТ, которое поступало с АЭС, построенных по советским проектам в Болгарии, Венгрии, ГДР, Финляндии, Чехословакии и загружавшихся «свежим» ядерным топливом по поставкам из СССР и России. В настоящее время такие операции выполняются для ОЯТ с АЭС в Армении, Болгарии и Украине. Снижение порога ядерного противостояния сопровождается снижением загрузки перерабатывающих предприятий как у нас, так и за рубежом. Освобождающиеся мощности РХЗ целесообразно использовать для переработки ОЯТ из зарубежных стран. Законодательно закрепленная теперь инициатива Минатома РФ - попытка выступить конкурентом на этом высокоприбыльном рынке.