Проблема і перспективи переробки радіоактивних відходів промисловості

Основними заходами щодо захисту населення від іонізуючого випромінювання є всебічне обмеження надходження в атмосферу, воду, грунт, відходів виробництва, що містять радіонукліди.
Особливу загрозу для майбутнього людства несуть радіоактивні відходи атомної енергетики. А таких відходів уже зібралося велика кількість і їх  маса продовжує кожного дня збільшуватись.

1.Проблеми переробки і класифікація відходів
Проблема переробки радіоактивних відходів виникла понад 40 років тому одночасно з початком освоєння атомної енергії, але до цього часу не знайдено промислових методів утилізації найбільш небезпечних видів радіоактивних відходів.
На сьогоднішній день радіоактивні відходи, які утворюються в процесі експлуатації АЄС, складають значну  частину всіх існуючих радіоактивних відходів.
Важливість знезараження та переробки радіоактивних відходів пов?язана з їхньою особливою небезпекою для біосфери, і перш за все – для людини. На відміну  від всі інших відходів, токсичність яких залежить від їх хімічних та бактеріологічних властивостей, радіоактивні відходи не можуть перероблятися з метою зниження їх токсичності.
Якщо активність радіоактивних відходів перевищує рівень, який допускає їх скидання в навколишнє середовище, вони підлягають захороненню таким чином, щоб запобігти їх проникненню в навколишнє середовище та доступу до них людей без спеціального захисту.
Найважливіша проблема, яка виникає при переробці радіоактивних відходів – тривала потенційна небезпека цих відходів. Технічна можливість безпечного зберігання їх протягом десятків та сотень років існує, але під постійним наглядом спеціального персоналу.
Джерелами радіоактивних відходів АЄС є продукти нейтронної активації, які утворюються поза ТВЕЛами – тепловидільними елементами ядерного реактора, в яких відбувається процес поділу та відновлення ядерного палива, і продукти  поділу, які частково виділяються з ТВЕЛів у теплоносій.
Частина цих радіоактивних відходів безперервно або періодично виводиться з реактора в систему обробки та збереження радіоактивних відходів АЕС. Решта – радіоактивні речовини, які утворюються в незмінюваних частинах обладнання реактора, - стає відходами лише після зупинки станції на демонтаж або консервацію після закінчення терміну експлуатації.
Джерелами радіоактивних відходів є також чисельні науково-дослідні організації, промислові підприємства, медичні заклади. У зв?язку  з цим необхідно забезпечувати радіаційну безпеку не лише персоналу, який працює з радіонуклідами, але й всього населення цих промислових зон шляхом навчання безпечному поводженню з радіоактивними відходами (їх збирання, тимчасове зберігання, транспортування, переробка та надійне остаточне захоронення). Це є важливою складовою захисту природного середовища та людини від радіоактивних забруднень.
У залежності від питомої активності  радіоактивні відходи розділяють на три категорії:
1) низької активності;
2) середньої активності;
3) високої активності.
Відходи 1 категорії  небезпечні тільки при надходженні  всередину організму людини, тому повинні локалізуватись таким чином, щоб в результаті міграції за біологічними ланцюгами вони не потрапляють до організму в небезпечних кількостях.
Друга категорія відходів небезпечна і як джерело зовнішнього опромінення, у зв’язку з чим також необхідний захист від проникаючих опромінень  цих радіонуклідів.
Відходи третьої категорії мають настільки високу питому активність, що крім міцного радіаційного захисту, потребують охолодження протягом тривалого часу.
Відходи низької і середньої активності характерні початковим етапом ядерно-паливного циклу: добування урану,   експлуатація АЕС.
Відходи високої питомої активності – утворюються при переробленні  опроміненого палива, що вивантажують з реакторів - це в основному розпад продуктів розпаду в азотній кислоті .
По мірі розпаду короткоживучих радіонуклідів і зменшення -b-g- активності суміші зростає для довго живучих уламків. Для розпаду продуктів ділення для прийнятого рівня, що можна порівняти з природною радіоактивністю уранової руди необхідно 600 років ( за рахунок  які домінують після 10 років витримки).
При розробленні способів  поводження з радіоактивними відходами використовують принцип максимальної концентрації та ізоляції шкідливих речовин.
2. Проблеми знешкодження радіоактивних відходів

Захист населення і навколишнього середовища від, дії джерел іонізуючого випромінювання досягається дотриманням вимог ОСП-72/87, у яких регламентовані збір, видалення та знешкодження рідких та твердих радіоактивних відходів, а також основні положення щодо проектування і застосування пилогазоочищення вентиляційних і технологічних викидів в атмосферу радіонуклідів, що містяться в них.

У господарсько-побутову каналізацію допускається скидання радіоактивних стічних вод із концентрацією, що перевищує ДК-6 для води не більше, ніж у 10 разів, за умови, що в колекторі даного підприємства забезпечується їхнє десятикратне розведення не радіоактивними стічними водами, а сумарне скидання радіоактивних речовин не перевищує встановленого ДК-6.
Допустимі скиди рідких радіоактивних відходів у поверхні водойми встановлюється за погодженням з органами Міністерства екології та природних ресурсів. ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ скидання рідких радіоактивних відходів у криниці, свердловини, поглинальні ями, поля зношення і фільтрації, системи підземного зрошення, а також у ставки, озера і водойми, призначені для розведення риби і водоплавної птиці.
При неможливості розведення, а також при малих кількостях (менше 200 л/добу) рідкі радіоактивні відходи повинні збиратися в спеціальні ємності і відправлятися на пункт захоронення радіоактивних відходів . Із концентрацією, що перевищує 10 ДК-6 для води, необхідно влаштувати спеціальну каналізацію з очисними спорудами.

Система спеціальної каналізації повинна передбачати дезактивацію стічних вод і при можливості їхнє повторне використання в технологічних цілях.

Для очищення слабоактивних і середньо активних стічних вод від радіонуклідів застосовують різноманітні методи: упарювання, іонний обмін, хімічні методи).

Очищення радіоактивних вод від радіонуклідів у багатьох випадках є самостійною задачею і потребує спеціального вирішення.

Спрощенні системи очищення стічних вод застосовують на установах опромінення гуми, нафтопродуктів, фторопластів, деревини тощо, де в якості опромінювала застосовують 60Со, який зберігається у воді. Освітлення води від мікродисперсної суспензії проводять на механічних фільтрах, що мають целюлозно-тканинну насадку, а дезактивація вод досягається іонообмінними фільтрами із синтетичних смол.

Очищення води у система охолодження прискорювачів плазмових і магнітних установок полягає у її дезактивації та відділенні від продуктів корозії.
Тверді радіоактивні відходи відповідно до ОСП-72/87 вважаються радіоактивними, якщо їхня питома активність більше: 7,4* 103 Бк/кг для джерел альфа-випромінювання (для трансуранових елементів 3,7*102 Бк/кг); 7,4*104 Бк/кг для джерел бета-випромінювання; 1*107 Бк /кг - для джерел гамма-випромінювання.
Збір твердих радіоактивних відходів (ТРВ) в установах і на підприємствах повинен проводитися безпосередньо на місцях їхнього утворення окремо від звичайного сміття і роздільно, з урахуванням їхньої природи (неорганічні, органічні, біологічні); періоду піврозпаду радіонуклідів, що містяться у відходах (до 15 діб, більш 15 діб); вибухопожежобезпеки; методів переробки відходів.
3. Схема переробки відходів
Останнім часом вважається оптимальною наступна схема переробки відходів високої питомої активності (ВВПА):
1. Зберігання у рідкій формі для зменшення залишкового тепловиділення до прийнятого.
2. Затвердіння витриманих рідких ВВПА і тимчасове зберігання в контрольованих умовах
3. Кінцеве захоронення затверділих відходів в стабільних геологічних формаціях.
Продовжуються дослідження методів вилучення цінних компонентів з ВВПА.
Для зручності зберігання відходи:
1) Випарюють або концентрують і зберігають в баках, що постійно охолоджують.
2)   Переводять у твердий стан (наприклад: методом кальцинації перетворюють у тверді гранули) з наступним зберіганням в підземних порожнинах, що створюють на території центру (США).
У нашій країні зберігаються в рідкому стані в нержавіючих баках. Можливе спалювання радіоактивних відходів, або силування.
Найбільш небезпечні цирконієві оболонки – здатні до самозаймання тому їх переробляють:
а) пересуванням та тимчасово зберігають під водою в бетонних ямах.
б) розплавлення в електропечах з додаванням Cu, Fe.
4. Захоронення радіоактивних відходів
Знищення радіоактивних відходів потрібно проводити на спеціальних пунктах поховання в контейнерах. Залишки від переробки опроміненого палива, джерела випромінювання, іонітні смоли, використане устаткування і т. п. підлягають похованню. Фільтри і обтиральний матеріал потрібно попередньо спалювати, а залишки від спалювання піддавати похованню. Потужність дози випромінювання на відстані 1 м від збірника з радіоактивними відходами повинна бути не більш 0,1 мЗв/год.
Транспортування радіоактивних відходів до місця поховання здійснюють на спеціально обладнаних автомашинах із критим кузовом або цистерною (для рідких відходів). Автомашини і змінні збірники після кожного рейсу повинні бути дезактивовані.
Для поховання низькоактивних радіоактивних відходів можна використовувати звалища у вигляді резервуарів і траншей. Небезпечними є середньо і високоактивні відходи. Поводження з ними передбачає поховання їх в затверділому стані в підземних сховищах і шахтах на глибині 300-1000 м.
Поховання високоактивних відходів у шахтах не завжди можливе, тому що відходи виділяють велику кількість теплоти, що може призвести до вибухів. Менш небезпечним є поховання відходів у морі на великих глибинах в ізольованому вигляді, що потребує попередньої обробки відходів (оскління, бетонування, поміщення у високоміцні контейнери).
Проблема безпечного видалення і поховання радіоактивних відходів ще не вирішена остаточно і потребує подальшого розвитку. Більш перспективним вважається метод підземного поховання в гірські породи, що розшаровуються.
І так, найбільш перспективні на цей час є наступні методи захоронення радіоактивних відходів:
1. Захоронення в континентальних геологічних формаціях (найбільш поширений);
2. Захоронення на морському дні або під ним;
3. Опромінення в реакторах (ядерна трансмутація);
4. Викиди за допомогою ракет у космос.
Дослідження доказали що багато геологічних формацій можна використати  для надійного захоронення:
1. Кам’яна сіль;
2. Глинисті (осадові), а також вапняк, гіпс, тощо;
3. Скельні породи (вулканічні, метаморфічні).
Глинисті породи, що розташовані на глибині 160-260 м ( Бельгія). У глинистих пластах, що розташовані під днищем океану; перевага - здатні до самозатягування.
Скельні: недолік - не мають здатності до само затягування тріщин. Як правило, захороняються в гранітних породах та гнейсах. Гірська порода виконує роль бар’єру, радіонукліди вступають в реакцію з мінералами. Проекти захоронення в скельних породах інтенсивно розроблялися у Великобританії.
Соляні породи -  переваги:
1. Задовільні фізико-хімічні показники.
2. Відсутність води та тріщин.
Розглядаються два напрямки :
1. Захоронення в сольових пластах;
2. Розміщення відходів у соляних порожнинах.
Інші методи захоронення:
1. Під дном океану (зберігають герметичність 300 років);
2. Захоронення затверділих відходів у льодовиках Арктики і Гренландії.
Узагальнення.  Усвідомлення, що розробка ефективних методів локалізації радіоактивних відходів є важливою задачею сьогоднішнього дня і відкладати її на завтра – злочин перед усім живим на земній кулі – це перше і головне завдання цього заняття.
Захоронення радіоактивних відходів повинно здійснюватися під строгим контролем із виконанням усіх технологічних та екологічних вимог.