Радиоактивные отходы. 
Ядерные технологии

Радиоактивные отходы (РАО) образуются при производстве электроэнергии на АЭС, переработке ОЯТ, в результате использования радиоизотопной продукции в промышленности, медицине, сельском хозяйстве, а также в результате деятельности человека, при которой происходит увеличение концентрации радиоактивных элементов природного происхождения.

РАО различаются по содержанию радиоактивных веществ, их активности, по физическим и химическим свойствам. В системе классификации РАО по их физическим, химическим и радиологическим свойствам ["Классификация радиоактивных отходов" (Серия норм безопасности МАГАТЭ, № GSG-1)] выделены шесть классов отходов: освобожденные отходы (00), очень короткоживущие отходы (ОКЖО), очень низкоактивные отходы (ОНАО), низкоактивные отходы (НАО), среднеактивные отходы (САО) и высокоактивные отходы (ВАО).

После определения характеристик отходы преобразуют в форму, пригодную для захоронения. Предварительно из отходов удаляют нсрадиоактивные примеси, уменьшают размеры, корректируют химические свойства, в некоторых случаях производят дезактивацию для удаления поверхностных загрязнений.

Для обработки отходов используют различные методы, позволяющие уменьшить их объемы (сжигание, выпаривание ит.д.). Кондиционирование производят путем цементирования, битумирования, иммобилизации радионуклидов в стеклянной или минеральной матрице.

Безопасность для населения и окружающей среды в долгосрочном плане достигается посредством захоронения РАО. До окончательного захоронения производится их хранение в специальных хранилищах, обеспечивающих локализацию и изоляцию РАО, с возможностью их последующего извлечения. Хранение является промежуточной мерой и обеспечивает распад короткоживущих радионуклидов, отвод тепловыделений, накопление достаточного объема отходов, позволяющего произвести их эффективную переработку.

Проектирование и сооружение подземных установок для захоронения необходимо осуществлять в таких геологических условиях, которые пригодны для изоляции опасных отходов от окружающей среды в течение сотен тысяч лет, в течение которых будет происходить радиоактивный распад отходов до безопасного для населения или окружающей среды уровня.

По единодушному мнению международных экспертов для безопасного захоронения таких отходов следует использовать глубинные геологические формации.

В настоящее время рядом стран осуществляется геологическое захоронение РАО. В Германии и США существуют пункты геологического захоронения НАО и САО. В Финляндии, Франции и Швеции разрабатываются площадки для захоронения ВАО и ОЯТ и, если будет получено разрешение регулирующих органов, в 20-х гг. XXI века должны начаться операции по размещению отходов.

Для подтверждения надежности изоляции РАО в хранилищах в течение длительного времени в ряде стран проводятся испытания методов захоронения и исследуются геологические условия в специальных подземных лабораториях. Так, в Чехии исследуются варианты создания геологического хранилища ВАО в гранитном массиве или в аналогичной среде. Во Франции национальное агентство по обращению с РАО проводит испытания пород на предмет удержания и изолирования радиоактивных отходов высокого уровня активности в течение нескольких сотен тысяч лет в подземной лаборатории неподалеку от Буре.

Проведенные исследования показали жизнеспособность захоронения в породах каменной соли (Германия), кристаллических породах (Канада, Япония, Швейцария и Швеция), пластичных глинах (Бельгия) и аргиллитах (Франция и Швейцария). Россия и Китай планируют в ближайшее десятилетие создать подземные исследовательские лаборатории.

Для минимизации объемов отходов и масштабов воздействия на окружающую среду разрабатываются новые технологии переработки ОЯТ и захоронения РАО.

Рециклирование и повторное использование сводят объем отходов к минимуму. Эта концепция наряду с оптимальным использованием природных ресурсов является основой замкнутого ЯТЦ, в котором пригодные к повторному использованию компоненты отработавшего топлива рециклируются и не считаются отходами.

Содержание в ОЯТ старших актинидов (урана и плутония), младших актинидов (нептуния, америция и кюрия) и продуктов деления определяет его высокую радиотоксичность. Поэтому ОЯТ относится к высокоактивным отходам и должно быть локализовано и изолировано от биосферы в глубинных геологических формациях на сотни тысяч лет.

ОЯТ может подвергаться переработке в целях выделения и/или преобразования долгоживущих радиоактивных элементов в менее опасные и менее долговечные формы. Плутоний и младшие актиниды извлекают из ОЯТ путем химического разделения. Затем производится трансмутация, в ходе которой трансурановые элементы (нептуний, плутоний, америций и кюрий) уничтожаются путем ядерного деления в специальном ядерном реакторе. Трансмутация возможна в различных типах реакторов (например, ВВЭР), но наиболее эффективно происходит в реакторах на быстрых нейтронах.

При использовании быстрых реакторов в сочетании с новыми технологиями ЯТЦ можно перерабатывать старшие и младшие актиниды без задействования систем глубокой очистки, как в случае с существующими заводами по переработке топлива в Индии, Российской Федерации, Франции и Японии.

Рециклирование актинидов в быстрых реакторах обеспечит значительное сокращение объема отходов, тепловой нагрузки и времени, необходимого для уменьшения радиотоксичности до уровня природной урановой руды.

Технически возможно получать РАО, которые будут распадаться до таких природных уровней за 300—400 лет, а не за 250 тыс. лет, как в случае прямого захоронения ОЯТ (см. рис. 1.17).

Еще одним направлением, позволяющим снизить количество образующихся трансурановых элементов в расчете на единицу вырабатываемой электроэнергии, является использование тория вместо урана, а также применение реакторов с повышенным выгоранием топлива (например, высокотемпературных газоохлаждаемых и жидкосолевых реакторов).

Рис. 1.17. Радиотоксичность ядерных отходов по прошествии времени для различных топливных циклов: 1 — прямое захоронение отработавшего топлива, отходы содержат Ри+МА+ПД; 2 — рецикл плутония, отходы содержат МА+ПД; 3 — рецикл Pu+МА, отходы содержат ПД, где МА — младшие актиниды, ПД — продукты деления [14].