Производство радиоактивного топлива и захоронение радиоактивных отходов

До сих пор мы совсем не касались проблем, связанных с первой и последней стадией ядерного топливного цикла: производством радиоактивного топлива и захоронением высокоактивных отходов от АЭС и других предприятий. Проблема захоронения является наиболее острой. Во-первых: потому, что в результате деятельности АЭС и других предприятий постоянно появляются радиоактивные вещества непригодные к дальнейшему использованию. Во-вторых: каждое предприятие вырабатывает свои отходы (см. Приложение 2). Эти проблемы находятся в ведении правительств соответствующих стран.

В некоторых странах ведутся исследования по отверждению отходов с целью последующего их захоронения в геологически стабильных районах на суше, на дне океана или в расположенных под ними пластах. Предполагается, что захороненные таким образом радиоактивные отходы не будут источником облучения населения в обозримом будущем. НКДАР не оценивал ожидаемых доз облучения от таких отходов, однако в материалах по программе за 1979 год сделана попытка предсказать судьбу радиоактивных материалов, захороненных под землей. Оценки показали, что заметное количество радиоактивных веществ достигнет биосферы лишь спустя 10 — 20 лет. По данным НКДАР, весь ядерный топливный цикл дает ожидаемую коллективно эффективную эквивалентную дозу облучения за счет короткоживущих изотопов около 5,5 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой на АЭС электроэнергии. Из них процесс добычи руды дает вклад 0,5 чел-Зв, ее обогащение 0,04 чел-Зв, производство ядерного топлива 0,002 чел-Зв, эксплуатация ядерных реакторов около 4 чел-Зв (наибольший вклад) и, наконец, процессы, связанные с регенерацией топлива 0,95 чел-Зв. Как уже отмечалось, данные по регенерации получены из оценок ожидаемых утечек на заводах, которые предполагается построить будущем. На самом же деле для современных установок эти цифры в 10 — 20 раз выше, но эти установки перерабатывают лишь 10% отработанного ядерного топлива, таким образом, приведенная выше оценка остается справедливой. 90% всей дозы облучения, обусловленной короткоживущими изотопами, население получает в течение года после выброса, 98% в течение 5 лет.

Почти вся доза приходится на людей, живущих не далее нескольких тысяч километров от АЭС. Ядерный топливный цикл сопровождается также образованием большого количества долгоживущих радионуклидов, которые распространяются по всему земному шару. НКДАР оценивает коллективно эффективную ожидаемую эквивалентную дозу облучения такими изотопами в 670 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой электроэнергии, из которых на первые 500 лет после выброса приходится менее 3%. Таким образом, от долгоживущих радионуклидов все население Земли получает примерно такую же среднегодовую дозу облучения, как и население, живущее вблизи АЭС, от короткоживущих радионуклидов, при этом долгоживущие изотопы оказывают свое воздействие в течение гораздо более длительного времени. 90% всей дозы население получит за время от тысячи до сотен миллионов лет после выброса. Следовательно, люди, живущие вблизи АЭС, даже при нормальной работе реактора получают всю дозу сполна от короткоживущих изотопов и малую часть дозы от долгоживущих. Эти цифры не учитывают вклад в облучение от радиоактивных отходов, образующихся в результате переработки и от отработанного топлива.

Есть основания полагать, что в ближайшие несколько тысяч лет вклад радиоактивных захоронений в общую дозу облучения будет оставаться пренебрежимо малым 0,1 — 1% от ожидаемой коллективной дозы для всего населения. Однако радиоактивные отвалы обогатительных фабрик, если их не изолировать соответствующим образом, без сомнения, создадут серьезные проблемы. Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а половина шахтным. Добытую руду везут на обогатительную фабрику, обычно расположенную неподалеку. И рудники, и обогатительные фабрики служат источником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами.

Если рассматривать лишь непродолжительные периоды времени, то можно считать, что почти все загрязнение связано с местами добычи урановой руды. Обогатительные же фабрики создают проблему долговременного загрязнения: в процессе переработки руды образуется огромное количество отходов (хвостов). Вблизи действующих обогатительных фабрик (в основном в Северной Америке) уже скопилось 120 млн. т. отходов, и если положение не изменится, к концу века эта величина возрастет до 500 млн. т. Эти отходы будут оставаться радиоактивными в течение миллионов лет, когда фабрика давно перестанет существовать.

Таким образом, отходы являются главным долгоживущим источником об лучения населения, связанным с атомной энергетикой. Однако их вклад в облучени можно значительно уменьшить, если отвалы заасфальтировать или покрыть и поливинилхлоридом. Конечно, покрытие необходимо будет регулярно менять. Урановый концентрат, поступающий обогатительной фабрике, подвергается дальнейшей переработке и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ядерного топливного цикла. Теперь ядерное топливо готово к использованию в ядерном реакторе.

Если учесть эти два дополнительных источника облучения, связанные с производством радиоактивного топлива, то для населения Земли ожидаемая коллективно эффективная эквивалентная доза облучения за счет долгоживущих радионуклидов составит около 4000 чел-Зв на каждый гигаватт-год вырабатываемой энергии. Все подобные оценки, однако, неизбежно оказываются ориентировочными, поскольку трудно судить не только о будущей технологии переработки отходов, численности населения и местах его проживания, но и о дозе, которая будет иметь место через 10 000 лет. Поэтому НКДАР советует не слишком полагаться на эти оценки при принятии каких-либо решений. Годовая коллективно эффективная доза облучения от всего ядерного цикла в 1980 году составляла около 500 чел-Зв. Ожидается, что к 2000 году она возрастет до 10 000 чел-Зв, а к 2100 году до 200 000 чел-Зв. Эти оценки основаны на пессимистическом предположении, что нынешний уровень выбросов сохранится, и не будут введены существенные технические усовершенствования.

Но даже и в этом случае средние дозы будут малы по сравнению с дозами, получаемыми от естественных источников, в 2100 году они составят лишь 1% от естественного фона. Люди, проживающие вблизи ядерных реакторов, без сомнения, получают гораздо большие дозы, чем население в среднем. Тем не менее в настоящее время эти дозы обычно не превышают нескольких процентов естественного радиационного фона. Более того, даже доза, полученная людьми, живущими около завода в Уиндскейле, в результате выброса цезия-137 в 1979 году была, по-видимому, меньше 1/100 дозы, полученной ими от естественных источников за тот же год. Все приведенные выше цифры, конечно, получены в предположении, что ядерные реакторы работают нормально.

Однако количество радиоактивных веществ, поступивших в окружающую среду при авариях, может оказаться гораздо больше. В одном из последних докладов НКДАР была сделана попытка оценить дозы, полученные в результате аварии в Тримайл-Айленде в 1979 году и в Уиндскейле в 1957 году. Оказалось, что выбросы при аварии на АЭС в Тримайл-Айленде были незначительными, однако, согласно оценкам, в результате аварии в Уиндскейле ожидаемая коллективно эффективная эквивалентная доза составила 1300 чел-Зв. Комитет, однако, считает, что нельзя прогнозировать уровень аварийных выбросов на основании анализа последствий этих двух аварий.

Но вернемся теперь к нашим проблемам. За последнее время в России тоже произошли аварии на перерабатывающих заводах. 31.08.94 г. подгорание тепловыделяющей сборки ядерного реактора на ПО «Маяк», в результате которого произошел выброс в атмосферу радионуклидов суммарной бета активностью 230 мКи и активностью по цезию-137 около 150 мКи. Суммарная бета-активность выпадений, отобранных в ближних зонах ПО «Маяк» сразу после радиационного инцидента 1994 г. на этом предприятии, не превышала пределов обычных колебаний уровней фоновых выпадений для этих местностей.

Радиоактивное загрязнение местности накопление на почве радиоизотопов, выпадающих из атмосферы, в течение 1994 г. практически не сказалось на уровнях загрязнения, сложившихся к концу предыдущего 1993 г. Географическое распределение радиоактивного загрязнения почвы на территории страны в 1994 г. также почти не изменилось. Захоронение радиоактивных отходов на дне морей и океанов практикуется с момента появления атомных реакторов на судах.

Первыми это сделали США в 1946 г., затем великобританияв1949г., Японияв 1955 г. Первый морской могильник жидких радиоактивных отходов появился в СССР не позднее 1964 г., официальных данных об этом естественно нет. Радиактивные отходы помещаются в специальные контейнеры, которые теоретически не разрушаются моркой водой и глубинным давлением.

По выработанным МАГАТЭ рекомендациям хоронить предполагается на глубине 4000 м, на достаточном удалении от континентов и островов и в районах с минимальной продуктивностью моря, то есть там, где не ведется промышленный лов рыбы и других морских животных. На западе информация о местах захоронения с указанием точных координат, глубины, массы, числа контейнеров и т. п. доступна не только специалистам, но и независимым исследователям. Рассчеты официальных экспертов достаточно оптимистичны: в течение 500 лет даже при существующих уровнях сбросов на одной площадке индивидуальные дозы облучения не должны достигнуть значительных величин. Однако в России существует и другая техника захоронения.

Радиоактивные отходы складируются на списанных судах ВМФ, и когда ставить контейнеры с отходами уже некуда, суда буксируются в океан и топятся. Не соблюдаются нормы МАГАТЭ по содержимому затапливаемых контейнеров. Так, например, в заливе Амбросимова недалеко от архипелага Новая Земля, был обнаружен плавающий контейнер с уровнем излучения 160 Р/ч. Не серьезно сравнивать с рекомендациями МАГАТЭ и глубины затопления радиоактивных отходов в районе Новой Земли.

Вместо положенного минимума в 4000 м, они колеблются от 18 до 270 м. В 1992 г. аппарат Президента России рассекретил данные о загрязнении северных и дальневосточных морей: «В 1959;1992 гг. наша страна сбросила в северные моря жидких радиоактивных отходов суммарной активностью около 20,6 тысяч кюри и твердых — суммарная активность около 2,3миллиона кюри. В морях дальнего востока эти величины составили соответственно:12,3 и 6,2 тысячи кюри». Видно, что затопление радиоактивных контейнеров производилось с нарушением элементарных норм, и до настоящего времени никто не контролирует их состояние.

На Южном Урале в р. Теча, куда в 40−50-х гг. производились сбросы жидких радиоактивных стоков ПО «Маяк», концентрации стронция-90 в речной воде в 100−1000 раз превышали фоновые. Уровни загрязнения морской воды стронцием-90 также не изменились по сравнению с 1993 г. В водах Каспийского, Охотского, Карского и Баренцева морей, а также в водах Тихого океана, омывающих берега Камчатки, концентрация стронция-90 колебалась в пределах (0,03−0,6)Ч10−12 Ки/л. Концентрации цезия-137, стронция-90 и плутония-239,240 в водах Баренцева и Карского морей, включая места захоронения радиоактивных отходов, сравнимы с наблюдаемыми в других морях и составляют:

цезий -137 — (8−54) Ч10−14 Ки/л;

стронций-90 — (8−32) Ч10−14 Ки/л;

плутоний-239,240 — (5−43) Ч10−17 Ки/л.