Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

Литература 1. Байда. С.Е. Природные, техногенные и биолого-социальные катастрофы: законо-

мерности возникновения, мониторинг и прогнозирование: монография / С.Е. Байда. - Издательство: МЧС России. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2013. - 194 с.

ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России» (Федеральный центр науки и высоких технологий), г. Москва

S.E. Bayda

PHYSICAL INERTIAL WAVES: CONDITIONS OF OCCURRENCE

AND BASIC PROPERTIES

The study of regularities of wave processes prirodnyh and man-made disasters, earthquakes. Properties and mechanism of formation of seismic slow SS-waves led to the discovery of this physical phenomenon of inertial physical iФw waves. Reviewed their basic properties, are sources of education. Consideration of these properties will provide the opportunity for short-term prediction of earthquakes, hazardous meteorological phenomena, to prevent man-made accidents and disasters

Key words: physical inertial waves, slow seismic waves, earthquakes, natural and manmade disasters, chemical and nuclear reactors, hadron Collider

Federal State Budgetary Institution «All-Russian Scientific Research Institute for Civil Defense and Emergencies EMERCOM of Russia» (Federal Centre for Science and High Technologies), Moscow

УДК 621/623

Ю.В. Никитенко, А.П. Богданов

ПРОБЛЕМА ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА И ОТХОДОВ АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Дана характеристика радиоактивных отходов, образующихся при работе атомных электростанций и транспортных реакторов Вооруженных Сил. Оценен вклад данных отходов в загрязнение окружающей среды в нашей стране

Ключевые слова: радиоактивные отходы, энергоблоки, отработавшие реакторы, распад радионуклидов, экологическая безопасность

Опасности захоронения радиоактивных отходов часто рассматриваются как одно из главных препятствий развитию ядерной энергетики и прогрессу в атомной промышленности. Действительно, главная цель обезвреживания радиоактивных отходов состоит в обеспечении в настоящем и будущем радиационной защиты человека и окружающей среды.

Для решения требуется грамотное понимание проблемы. Например, американские специалисты считают, что можно создать охранную службу отходов, организация которой не будет ни дорогой, ни трудной. После герметизации хранилища охранные мероприятия состояли бы только в периодической инспекции резервированной зоны. По оценкам специалистов США такая зона для обеспечения тысячелетнего периода ядерной энергетики США составила бы всего 10 кв. миль, а для мероприятий по охране отходов, накопленных за 1000 лет ядерной энергетики США, потребовали бы привлечения очень небольшого числа людей. Создание и развитие атомной промышленности, особенно средств атомной энергетики повлекли за собой формирования качественно новой проблемы отходов. Масштабы отходов растут по мере развития направлений использования. Их утилизация потребовала разработки принципиально новых технологий и новых организационных решений по долгосрочной безопасности. Объективная оценка опасности хранения, переработки и утилизации радиоак-

211

тивных отходов должна быть основана на грамотном понимании проблемы. В частности следует понимать, что доля радиоактивных отходов по сравнению с другими ничтожно мала. Известно, например, что из 250 млн. тонн отходов, сбрасываемых ежегодно в море, менее 1 % приходится на долю радиоактивных и химических отходов.

Решения проблемы требуют глубокого исследования физики процессов отходов и объективного взгляда на возможные решения.

В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ классификация радиоактивных отходов по возможным их воздействиям включает:

-отходы низкой активности, содержащие несущественное количество радиоизотопов

сбольшим периодом полураспада;

-отходы средней активности, обладающие значительной бета, гамма и низкой альфа активностью;

-высокоактивные отходы, образующиеся в результате регенерации отработавшего топлива ядерных реакторов, с высокой теплообразующей способностью, долгоживущие;

-альфа-содержащие отходы со значительным количеством долгоживущих альфа-

частиц.

Для средне- и малоактивных отходов действует концепция множественности защитных мер, которые устанавливаются в зависимости от радиационной опасности.

В материалах МАГАТЭ отмечается, что до 80 % массы обычных радиоактивных отходов, производимых ядерной промышленностью, занимают малоактивные отходы (бумага, упаковка, одежда, оборудование, мусор). Отходы этой категории могут сбрасываться без дополнительного контроля. До 1982 года малоактивные отходы сбрасывались на морское дно, с использованием огромной разбавляющей способности морской среды. С 1983 года введен добровольный мораторий на такие сбросы. Высокоактивные и альфа-содержащие отходы остаются радиоактивными в течение нескольких тысяч лет. Основные проблемы связаны с утилизацией отработанного топлива в ядерной энергетике. Практическое функционирование ядерной энергетики кроме самих атомных электростанций потребовало создания ядерного топливного цикла, важнейшими элементами которого являются: добыча урана; изотопное обогащение урана; изготовление топливных элементов; временное или постоянное хранение отработанного топлива; обработка радиоактивных отходов, их хранение и окончательное размещение. Строго говоря, следует рассматривать отходы всех этапов ядерного топливного цикла, начиная от добычи и до этапов промышленного или медицинского использования ядерных материалов. Комплексный подход предусматривает ряд направлений обеспечения потенциальной безопасности отходов: сведение к минимуму количество отходов; обработку отходов для уменьшения их объема; концентрирование и упаковку отходов для обеспечения их химической и физической стабильности; сохранение отходов в тщательно выбранных местах изоляции от человека и окружающей среды.

Наиболее важными объектами по уровню опасности радиоактивных отходов являются атомные электростанции и транспортные реакторы. Радиоактивные отходы АЭС отличаются от отходов, образующихся при сгорании топлива в обычных электростанциях. Например, при работе больших (~ 1000 Мвт) тепловых электростанций, работающих на угле, основным отходом является двуоксид углерода, который выбрасывается дымовыми трубами в количестве около 300 кг в секунду. Сам по себе этот газ не представляет опасности, однако выброс его в больших количествах при сгорании угля и сланца в атмосферу может оказать вредное долговременное влияние на земной климат. Самым неприятным загрязняющим продуктом является двуокись серы - сернистый газ, который выпускается в воздух в количестве около 5 кг в секунду. Его выделение только одной тепловой электростанцией вызывает ежегодно 25 смертельных случаев, 60 000 заболеваний верхних дыхательных путей и создает убыток в 12 млн. долларов от коррозии различных материалов. Среди других токсичных га-

212

зов, которые выделяются работающими на угле электростанциями, следует назвать оксиды азота, которые к тому же являются главным продуктом выхлопных газов автомобилей (большая тепловая электростанция выделяет их столько же, сколько 200 тыс. автомобилей) и бензапирен - основное канцерогенное вещество. Образуются также твердые отходы, главным образом в виде мельчайших частичек пыли. В США эта мелкодисперсная пыль сейчас считается вторым по опасности после сернистого газа агентом загрязнения воздуха. Всего тепловые электростанции дают около одной шестой всех пылевых загрязнений, создаваемых в результате деятельности человека. Наконец, имеются зольные отходы, которые накапливаются со скоростью приблизительно 15 кг в секунду.

Отходы атомных электростанций той же мощности отличаются от отходов, образующихся при сгорании угля, двумя важнейшими особенностями. Во-первых, их количество в миллионы раз меньше. При этом объем приготовленных к транспортировке отходов, которые накапливаются в результате годовой работы 1000-мегаваттного ядерного реактора, не превышает 2 м3. Несмотря на сравнительно небольшие количества радиоактивных материалов, при обращении с ними приходится применять весьма сложные методы, стоимость которых составляет немалую долю от стоимости произведенной электроэнергии.

Во-вторых, ядерные отходы опасны для здоровья людей не благодаря своим химическим свойствам, а из-за высокой радиоактивности, которой они обладают. Широко распространено заблуждение, что этот фактор не позволяет с достаточной определенностью оценить ту потенциальную опасность, которую представляют продукты ядерного расщепления для человечества. Однако справедливым является как раз противоположное мнение. Влияние радиации на человеческий организм изучено лучше, чем действие химических веществ, которые загрязняют воздух и добавляются в пищу. При этом интенсивность радиоактивного излучения можно легко и точно измерить с помощью чувствительных приборов.

В настоящее время в России эксплуатируются энергоблоки с реакторами разных типов: РБМК-1000, ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ЭГП-6, БН-600. Ежегодная выгрузка составляет 800 т по урану. В таблице приведены данные по характеристикам использования топлива на АЭС и данные по основным видам отработавшего.

Характеристика топлива ядерных реакторов

Что касается особенностей обращения с отработанными транспортными реакторами, что в Вооруженных Силах, а особенно в Военно-Морском Флоте, эта проблема остается наиболее острой. Схема обращения с радиоактивными отходами, включающая сбор, передачу и их хранение, физически и морально устарела. Ежегодные поступления низко и средне активных отходов (НСАО) в ВМФ в настоящее время составляют более 27 тыс. м3. Технические средства хранения, сбора и вывоза находятся в аварийном состоянии. Береговые могильники высокоактивных отходов заполнены. Строительство новых хранилищ, даже запланированных, с 1983 года не ведется. Головной организацией по разработке методов утилизации ядерных реакторов АПЛ является НИКИЭТ Минатома.

Разрабатываемые и реализуемые концепция и проекты утилизации ЯЭУ АПЛ основаны на общей стратегии, сформулированной в рекомендациях МАГАТЭ. Рассматривается 3 стадии (состояния), в которых будет находиться атомная энергетическая установка (АЭУ) в процессе снятия с эксплуатации: хранение в процессе удаления ядерного топлива и подготовки реакторной установки к длительному хранению; безопасное хранение с целью снижения уровня радиоактивности оборудования установки; ликвидация реакторной установки - демонтаж оборудования и захоронение радиоактивных отходов. Продолжительности каждой из стадий при разработке планов снятия с эксплуатации конкретных объектов весьма различаются, но характерно, что намечаемые длительности хранения (вторая стадия) составляют десятки (до 100) лет. Очевидно, что вызвано это необходимостью выдержки оборудования для спада его радиоактивности до такого уровня, который позволял бы с приемлемыми затратами трудовых и материальных ресурсов выполнять последующие работы.

Проведение исследований и разработка принципиальных технических решений в обеспечение ядерной, радиационной и экологической безопасности на всех этапах утилизации АПЛ, предусматривает в том числе:

-изучение возможностей выхода из оборудования и систем РО радиоактивных, токсичных и др. вредных веществ, продуктов коррозии, разработка мер по предотвращению их миграции в окружающую среду (за пределы РО и мест их хранения);

-создание дополнительных «экологических барьеров» в РО, препятствующих возможному контакту высокоактивных материалов с окружающей средой;

-исследования возможностей создания надежных и безопасных долговременных хранилищ РО;

-обоснования - по результатам указанных выше исследований концепции и разработка на ее основе принципиальной технологии обращения с РО, включая и аварийные, утилизируемых АПЛ.

Этапы работы должны включать разработку необходимой конструкторской и проектной документации для создания (при необходимости) новых и использования технических устройств, агрегатов, требуемых технологией, рабочих технологических процессов ее реализации на конкретных предприятиях. В результате определяется единая национальная стратегия и реализующая ее техническая политика для решения рассматриваемой проблемы. Суть предложенной концепции заключается в том, что в сложившихся условиях наиболее целесообразно использовать конструкцию реакторного отсека в качестве готового контейнера для размещенного в нем радиоактивного оборудования. Суммарно, сосредоточенная активность в реакторном отсеке снятой с эксплуатации АПЛ, может достигать 1∙105 Ku. Выгрузка ядерного топлива из реактора значительно (на порядок) уменьшает эту величину, и, полностью снимая вопрос о ядерной опасности, не исключает, тем не менее, серьезной потенциальной радиационной опасности для района хранения АПЛ, поскольку в их реакторных отсеках остаются сотни тысяч кюри радиоактивности. В основном, это радиоактивность долгоживущих нуклидов (Co, Ni и других нуклидов) в материалах корпуса реактора, внутриреакторных конструкций, баков железоводной защиты, в которых указанные элементы содер-

214

жатся как легирующие добавки или естественные примеси и становятся высокоактивными после длительной работы реактора. Отсек, после дополнительной его герметизации, консервации оборудования и систем, создания дополнительных «экологических барьеров», после вырезания из АПЛ, может безопасно транспортироваться (от места производства указанных работ) или находиться в специально организованных береговых хранилищах достаточно длительный (70-100 лет) срок. За это время произойдет естественный распад доминирующих радионуклидов в материалах оборудования РО, что существенным образом сократит трудоемкость и стоимость последующей компактизации для окончательного захоронения твердых радиоактивных отходов. Концепцией намечен и перечень первоочередных работ НИОКР в ее обоснование и развитие, с целью перехода к последующим этапам деятельности. Предполагается, что исследования могут выполняться в рамках международного сотрудничества. В 60-80-х годах захоронение ряда отработавших реакторов производилось в морях Арктики (заметим, что захоронения в глубинах морей и океанов - обычная практика, принятая в США). Контроль радиоактивности включает как оценки загрязнений, так и возможного их воздействия на биоту и, через пищевые цепочки, на население регионов. Установлено, что современная радиационная обстановка в Арктике обусловлена двумя источниками: глобальными выпадениями за счет ранее проведенных в основном в Северном полушарии атмосферных ядерных испытаний и от распространения сливов жидких РО с западноевропейских заводов в Селлифильде (Великобритания) и на мысе Аг (Франция). Последние после прекращения испытаний являются в последние десятилетия доминирующими [1]. Активность затопленных реакторов (ледокола «Ленин» и АПЛ) снижается. Степень их опасности может быть определена величиной риска при употреблении морепродуктов в регионе. Найдено, что потребление с пищей морепродуктов повышает активность примерно на 3 мбэр по сравнению с 200-300 мбэр от фона. Так что завышение опасности российских сбросов не имеет никаких действительных оснований.

Однако, несмотря на такие оптимистичные показатели, проблема переработки и утилизации радиоактивных отходов по-прежнему остается актуальной и требует научнометодологического подхода с учетом положительного опыта других стран в этой области.

Литература 1. Бакин, А.Н. Научно-методические основы выявления и оценки радиационной об-

становки при авариях на радиационно опасных объектах [Текст]: учеб. пособие /А.Н. Бакин, А.И. Кочергин, В.В. Софронов; под ред. А.Н. Бакина. - Кострома: Изд-во «ВА РХБЗ», 2008. - 239.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

Yu.V. Nikitenko, A.P. Bogdanov

PROBLEM OF THE FULFILLED NUCLEAR FUEL AND WASTE ATOMIC INDUSTRY

The characteristic of the radioactive waste which is formed during the work of nuclear power plants and transport reactors of Armed Forces is given. The contribution of this waste to environmental pollution in our country is estimated

Key words: the radioactive waste, power units which have fulfilled reactors, disintegration of radionuclides, ecological

safety

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh)

215