Перспективные технологии утилизации отхода

         Когда источники излучения, используемые  в радиографии, распадаются до  состояния, в котором они перестают  испускать  проникающую радиацию, доста-точную для использования в процессе лечения, они рассматриваются как радио-активные отходы. С источниками типа кобальта-60 обращаются как с коротко-живущими ILW. Другие источники, типа радия-226, используемые в терапии ра-ка, требуют, однако, более длительного хранения и геологического захоронения как ILW из-за их более высокого уровня долгоживущей радиоактивности.

         Различные отрасли промышленности  используют радио-активные источники, находя им широкий диапазон применения. Когда эти источники перестают испускать проникающую радиацию в достаточной степени для  их использования, с ними обращаются как с радиоактивными отходами. Источники, используемые в про-мышленности, в общем случае короткоживущие, и любые сгенери-рованные отходы могут удаляться в приповерхностные хранилища.

        Некоторые виды промышленной  деятельности включают обработку сырья, например,  горных пород, почв и полезных ископаемых, которые содержат естественно встречающиеся радиоактивные материалы. Это сырье известно по аббревиатуре "ЕВРМ" (английская аббревиатура – "NORM"). При промышлен-ном производстве  эти материалы иногда могут  концентрироваться в больших количествах, что усиливает их естественную радиоактивность. В результате это может приводить к:

• риску облучения персонала или населения;
• недопустимому радиоактивному загрязнению окружающей среды;
• необходимости исполнять регулирующие требования захоронения радио-активных отходов.

        Основные отрасли промышленности, которые приводят к загрязнению  ЕВРМ:

Операции, связанные с  добычей нефти и газа

Поисково-разведочные  работы и добыча нефти и газа генерируют большие объемы воды, содержащей растворенные минералы. Эти минералы могут осаждаться как минеральные отложения в трубопроводах и полевом обору-довании нефтяных месторождений или оставаться в лагунах выпаривания. Иногда доза облучения от оборудования, загрязненного минералами, может представлять опасность. Значительно более загрязненное оборудование и мине-ральные отложения, удаленные из этого оборудования, могут быть классифици-рованы как радиоактивные отходы. Например, операции, связанные с добычей нефти и газа, - основные источники радиоактивных выбросов в северные воды Европы.

                                               Каменный уголь

          Большая часть каменного угля  содержит уран и торий, а  также другие ра-дионуклиды. Уровни  суммарной радиации в общем случае примерно одинаковы с уровнями в других горных породах земной коры. Тепловые электростанции, сжигающие каменный уголь, больше всего испускают радиацию в виде легкой летучей золы. На современной электростанции обычно удерживается 99 % лету-чей золы (до 90 % - на ТЭС более старой конструкции), и эта зола захорани-вается в зольных насыпях. Около 280 миллионов тонн каменноугольной золы производится во всем мире каждый год.

                                            Фосфатные удобрения

          Обработка фосфорита для производства фосфатных удобрений (один из конечных продуктов фосфатной промышленности) приводит к увеличению уровня содержания урана, тория и калия.

                         Технологический процесс и обработка  сточных вод

          Радионуклиды выщелачиваются в воду, когда она входит в контакт с ураном и торием, находящимися в геологической среде. Водоподготовка часто использует различные фильтры с целью удаления примесей. Следовательно, ра-диоактивные отходы из ила фильтров, ионообменных смол, гранулированного активированного угля и воды от фильтров обратного потока - также являются частью ЕВРМ.

                                         Промышленный сбор металлолома

          Металлолом от различных перерабатывающих  отраслей  промышленности может также содержать отходы с расширенными уровнями естественных радио-нуклидов. Точный характер и концентрация этих радионуклидов зависят от про-цесса, при котором эти отходы возникли.

                                           Металлоплавильные шлаки

          Металлоплавильные шлаки, особенно  от выплавки олова, могут содержать  расширенные уровни урана и  радионуклидов ряда тория.

                                          3.4 Исследовательские работы

          По окончании срока службы ускоритель частиц  в боль-шинстве случаев выводится из эксплуатации. Поскольку на его уста-новках будут оставаться радиоактивные материалы, с ними нужно обращаться как с радиоактивными отходами и обрабатывать их соответственно. Предполагается, что при выводе из эксплуатации ускорителя частиц нового поколения, проработавшего 40 лет, объем отходов и их активность будут в пределах той же величины, что и при выводе из эксплуатации АЭС в 1 ГВт (э) , эксплуатировавшейся более 40 лет. Однако необходимо отметить, что на такой ускори-тельной установке концентрация радиоактивности будет распре-делена более равномерно.

         Источники излучения, используемые  в университетах и исследовательских  учреждениях, также требуют соответствующего обращения с ними и захоро-нения. Многие источники имеют низкую активность или короткий период полу-распада. Однако некоторые исключение составляют долгоживущие источники высокого уровня активности, например радий-226 и америций -241, используе-мые в биологических и / или сельскохозяйственных исследованиях. Они тре-буют долгосрочного управления и удаления.

                 Классификация радиоактивных отходов

РАО классифицируют по различным  признакам (рис. 3.1): по агрегатному состоянию, по составу (виду) излучения, по времени жизни (периоду полурас-пада Т_1/2), по удельной активности (интенсивности излучения). Однако, у используемой в России классификации РАО по удельной (объемной) активности есть свои недостатки и положительные стороны. К недостаткам можно отнести то, что в ней не учитывается период полураспада, радионуклидный и физико-химический состав отходов, а также наличие в них плутония и трансурановых элементов, хранение которых требует специальных жестких мер. Положи-тельной стороной является то, что на всех этапах обращения с РАО включая хранение и захоронение главной задачей является предотвращение загрязнения окружающей среды и переоблучения населения, и разделение РАО в зависи-мости от уровня удельной (объемной) активности именно и определяется сте-пенью их воздействия на окружающую среду и человека. На меру радиационной опасности влияет вид и энергия излучения (альфа-, бета-, гамма – излучатели), а также наличие химически токсичных соединений в отходах. Продолжитель-ность изоляции от окружающей среды среднеактивных отходов составляет 100-300 лет, высокоактивных – 1000 и более лет, для плутония – десятки тысяч лет.    Важно отметить, что РАО делятся в зависимости от периода полураспада ра-диоактивных элементов: на короткоживущие период полураспада меньше года; среднеживущие от года до ста лет и долгоживущие более ста лет.

Рис.3.1 Классификация  радиоактивных отходов.

Среди РАО наиболее распространенными  по агре-гатному состоянию счи-таются жидкие и твердые. Для классификации жидких  РАО был использован пара-метр удельной (объемной) активности таблица 1.Жидкими РАО считаются жидкости, в которых допус-тимая концентрация радио-нуклидов превышает концентрацию установлен-ную для воды открытых водоемов.  Ежегодно на АЭС образуется большое кол-личество жидких радиоактивных отходов (ЖРО). В основном большинство ЖРО просто сливается в открытые водоемы, так как их радиоактивность  счи-тается безопасной для окружающей среды. Жидкие РАО образуются также на радиохимических предприятиях и исследовательских центрах.

              Классификация жидких радиоактивных  отходов

                                                                                                        Таблица 3.1.

Из всех видов РАО  жидкие наиболее распространены, так  как в растворы переводят как  вещество конструкционных материалов (нержавеющих сталей, циркониевых оболочек ТВЭЛов и т.п.), так и технологические элементы (соли щелочных металлов и др.). Большая часть жидких РАО образуется за счет атом-ной энергетики. Отработавшие свой ресурс ТВЭЛы, объединенные в единые конструкции - тепловыделяющие сборки, аккуратно извлекают и выдерживают в воде в специальных бассейнах-отстойниках для снижения активности за счет распада короткоживущих изотопов. За три года активность снижается примерно в тысячу раз. Затем ТВЭЛы отправляют на радиохимические заводы, где их измельчают механическими ножницами и растворяют в горячей 6-нормальной азотной кислоте. Образуется 10% раствор жидких высокоактивных отходов. Та-ких отходов производится порядка 1000 т в год по всей России (20 цистерн по 50 т.).

Для твердых РАО был использован вид доминирующего излучения и мощности экспозиционной дозы непосредственно на поверхности отходов таблица 3.2.

Классификация твердых  радиоактивных отходов

                                                                                                         Таблица 3.2.

Твердые РАО — это  та форма радиоактивных отходов, которая непосредственно подлежит хранению или захоронению. Существует 3 основных вида твердых отходов :

• остатки урана или радия, не извлеченныме при переработке руд,
• искусственные радионуклиды, возникшие при работе реакторов и ускорителей,
• выработавшие ресурс, демонтированные реакторами, ускорителями, радиохимическим и лабораторным оборудованием.

Для классификации  газообразных РАО также используется параметр удельной (объемной) активности  таблица 3.3.

 Классификация газообразных  радиоактивных отходов

                                                                                                          Таблица 3.3

Газообразные РАО образуются в основном при работе АЭС, радиохими-ческих заводов по регенерации топлива, а также при пожарах и других аварий-ных ситуациях на ядерных объектах.

Это радиоактивный изотоп водорода ³Н (тритий), который не задержи-вается нержавеющей сталью оболочки твэлов, но поглощается (99 %) цирко-ниевой оболочкой. Кроме того при делении ядерного топлива образуется радио-генный углерод, а также радионуклиды криптона и ксенона.

         Инертные газы, в первую очередь ⁸⁵Kr (T_1/2 = 10,3 года), предполагают улавливать на предприятиях радиохимической промышленности, выделяя его из отходящих газов с помощью криогенной техники и низкотемпературной адсорб-ции. Газы с тритием окисляются до воды, а углекислый газ, в котором присутст-вует  радиогенный углерод, химически связывается в карбонатах.