Владимир Игоревич Ушаков
Радиоактивные отходы. Технологические основы
© Владимир Игоревич Ушаков, 2018
ISBN 978-5-4490-4257-6
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
В настоящих материалах рассматриваются основы экологической проблемы радиационных отходов и технологии обращения с ними применительно к решению задач обеспечения экологической радиационной безопасности.
Материалы предназначены для специалистов в области обеспечения радиационной и экологической безопасности.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АПЛ – атомная подводная лодка;
АЭС – атомная электростанция;
АЭУ —
ВВ – взрывчатое вещество;
ВМФ – Военно-морской флот;
ГРО – газообразные радиоактивные отходы;
ГСЭС – Государственная санитарно-эпидемиологическая служба;
ДМ – делящийся материал;
ДОА – допустимая объемная активность;
ДУ —допустимый уровень;
ЖКТ – желудочно-кишечный тракт;
ЖРО – жидкие радиоактивные отходы;
ЗИ – закрытый источник;
ИИ – ионизирующее излучение;
ИИИ – источник (и) ионизирующего излучения;
КПД – коэффициент полезного действия;
КУ – контрольный уровень;
ЛП – лучевое поражение;
МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии;
МЗА – минимально значимая активность;
МЗУА – минимально значимая удельная активность;
МКРЗ – Международная комиссия по радиационной защите;
НРБ – нормы радиационной безопасности;
ОБЭ – относительная биологическая эффективность;
ОИ – открытый источник;
ОПД – основной предел дозы;
ОРБ – обеспечение радиационной безопасности;
ОС – окружающая среда;
ОСП – основные санитарные правила;
ОСПОРБ – основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности;
ОЯТ – отработавшее ядерное топливо;
ПГП – предел годового поступления;
ПЗРО – пункт захоронения радиоактивных отходов;
ПРЗ – противорадиационная защита;
ПЯД – продукты ядерного деления;
РА – радиационная авария;
РАО – радиоактивные отходы;
РБ – радиационная безопасность;
РВ – радиоактивное вещество;
РЗ – радиоактивное загрязнение;
РН – радиоактивный нуклид (радионуклид);
РОО – радиационно опасный объект;
РПА – радиоактивные продукты аварии;
РПВ – радиоактивные продукты ядерного взрыва;
СЗЗ – санитарно-защитная зона;
СИЗ – средства индивидуальной защиты;
СПО – специализированная организация по обращению с РАО;
СПОРО – санитарные правила обращения с радиоактивными отходами;
ТВС – тепловыделяющая сборка;
ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент;
ТРО – твердые радиоактивные отходы;
ТУК – транспортный упаковочный комплект;
ТЭ – тротиловый эквивалент;
ТЭС – тепловая электростанция;
УВ – уровень вмешательства;
УМА – удельная массовая активность;
УОА – удельная объемная активность;
УПА – удельная поверхностная активность;
ЭРБ – экологическая радиационная безопасность;
ЯВ – ядерный взрыв;
ЯВВ – ядерное взрывчатое вещество;
ЯО – ядерное оружие;
ЯР – ядерный реактор;
ЯРОО – ядерно и радиационно опасный объект;
ЯТЦ – ядерный топливный цикл;
ЯЭУ – ядерная энергетическая установка.
ВВЕДЕНИЕ
Сущность проблемы РАО
Широкое внедрение радиоактивных веществ (РВ) и других источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различные сферы производственно-технической деятельности породило экологическую проблему радиоактивных отходов.
При этом под радиоактивными отходами (РАО) понимаются радиоактивные вещества и материалы (в том числе ядерные, делящиеся), представляющие определенную (чаще – экологическую) опасность и дальнейшее использование которых не предполагается.
Кратко существо данной проблемы можно сформулировать следующим образом.
Большие масштабы и все возрастающие темпы накопления РАО, как правило, их высокая активность и другие вредные свойства обусловливают увеличивающуюся опасность РАО для экологии человека, для других экологических систем и требуют оперативного принятия адекватных мер для обеспечения экологической радиационной безопасности (ЭРБ).
К радиоактивным отходам, связанным с использованием РВ и других ИИИ можно отнести:
радиоактивные отходы предприятий оборонного комплекса по производству ядерных взрывчатых веществ (ЯВВ) – плутония-239, обогащенного урана (урана-235), радиоактивного трития;
отработавшее ядерное топливо подвижных объектов с ядерными двигателями (главным образом – отходы ядерных реакторов (ЯР) кораблей);
радиоактивные продукты, которые могут возникать при радиационных авариях и вызывать радиоактивное загрязнение (РЗ) окружающей среды (ОС);
контрольные ИИИ, которые использовались в радиационных приборах для проверки их работоспособности и срок эксплуатации которых истек; к этой же группе РАО могут быть отнесены градуировочные (эталонные, образцовые) ИИИ с истекшим гарантийным сроком пригодности, которые применялись в системе технического обслуживания радиационных приборов;
другие ИИИ, использованные в научно-исследовательских и прочих целях (в том числе в качестве атомных бортовых источников электроэнергии на космических аппаратах, в средствах противопожарной автоматической сигнализации и пожаротушения, в медицинском радиационном оборудовании и т.д.).
Наиболее существенную экологическую радиационную опасность (ЭРО) из этих источников РАО представляют: в условиях штатной эксплуатации – отработавшее ядерное топливо ЯР, а в чрезвычайных ситуациях – радиоактивные продукты радиационных аварий.
Одним из принципиальных положений по организации работ с РВ является требование по минимизации количества РАО, образующихся при технологических процессах (операциях), связанных с применением ИИИ.
Сразу следует оговориться, что не всегда продукты указанных выше источников (в частности, отработанное ядерное топливо и оружейный плутоний) относятся к категории РАО, поскольку в некоторых условиях они могут быть утилизированы. Поэтому правильнее их относить к возможным РАО, поскольку они иногда действительно в дальнейшем не будут использоваться и подлежат уничтожению.
Экологические особенности проблемы РАО
В отличие от других видов отходов РАО имеют существенную специфику, обусловливающую их особую экологическую значимость. К их числу особенностей РАО можно отнести следующие.
1. Высокая опасность большинства РАО. Так РАО в виде отработавшего топлива ядерных реакторов относятся к числу ИИИ с наиболее высокой удельной активностью.
Удельная массовая активность тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) и тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов к концу типового срока их эксплуатации (третьего года кампании) достигает 26 кКи/кг, что примерно соответствует 1015 Бк/кг (или 1 ПБк/кг).
Характерным для таких РАО является возрастание их активности в процессе работы реактора по сравнению с начальной: чем больше время работы, тем выше активность РАО, которая достигает максимального значения к моменту их выгрузки из реактора. Несколько в меньшей степени это свойство проявляется и при хранении оружейного плутония: в нем тоже происходит накопление со временем более активного америция-241 (по сравнению с плутонием-239).
2. Большой срок действия радиационной опасности РАО, что обусловливается большими периодами полураспада основной массы радионуклидов, входящими в состав РАО.
Так период полураспада плутония-239 составляет 24 100 лет, стронция-90 – 29,1 года, цезия-137 – около 30 лет. Периоды полураспада изотопов урана исчисляются миллионами лет (для урана-235 он равен 704 млн. лет, для урана-238 – 4470 млн. лет).
3. Трудность обезвреживания РАО. По-существу, единственным практическим способом обезвреживания РАО является их выдержка во времени на срок, пока активность не уменьшится вследствие естественного радиоактивного распада до допустимой величины. Как отмечалось, естественный распад радионуклидов РАО идет обычно очень медленно; изменить и как-то ускорить его принципиально нельзя. Поэтому срок выдержки для обезвреживания РАО может составлять десятки и сотни лет, а в ряде случаев достигать тысяч лет.
4. Возможность выделения при хранении и естественном распаде РАО радиоактивных веществ в газовой фазе с образованием радиоактивных аэрозолей. При этом происходит радиоактивное загрязнение воздуха и возникает дополнительная опасность внутреннего облучения персонала, работающего с РАО, а также населения. Эта опасность может усугубляться химической токсичностью некоторых радионуклидов (например, природного урана, урана-238, урана-235), при поступлении которых во внутренние органы и ткани они действуют как обычные сильные пищевые яды.
5. При складировании больших масс РАО высокой активности может выделяться значительное количество тепла, вследствие чего возможно интенсивное парообразование, повышение давления в замкнутых объемах и даже тепловой взрыв. В качестве одного из примеров проявления этого свойства РАО может служить Кыштымская радиационная авария (29.09.1957 г.), когда из-за неисправности системы теплоотвода в хранилище высокоактивных РАО произошел сильный взрыв с выбросом в ОС около 20 МКи радиоактивных веществ, и последствия которой ощущаются до сих пор.
6. Уникальность происхождения основной массы РАО: почти все они относятся к искусственным радионуклидам, в естественной природе их практически нет. Нет и никогда не было ранее в природе такой высокой концентрации радиоактивности на ограниченных площадях, какая в настоящее время иногда создается человеком.
7. Особыми свойствами обладают РАО, содержащие делящиеся материалы (ДМ). Сосредоточение ДМ в ограниченных объемах может привести к формированию критической массы и возникновению цепной ядерной реакции с большим выделением ядерной энергии. Это обусловливает особую потенциальную опасность РАО данного вида и необходимость соблюдения особых мер предосторожности при работах с ними.
8. Многообразие источников образования РАО, на что ниже обратим особое внимание.
