Радиоактивные отходы

РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ, газы, р-ры, разл. материалы и изделия, биол. объекты и т. п., в к-рых содержание радионуклидов превышает значения, установленные действующими нормами и правилами, и к-рые не подлежат дальнейшему использованию. Радиоактивные отходы представляют опасность для человечества, поэтому нормы и правила по обращению с радиоактивными отходами устанавливаются Международной комиссией по ра-диологич. защите (МКРЗ), Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) и Национальными нормами и правилами. Существуют основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (ОСП - 72/87) и Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СПОРО-85), регламентирующие порядок сбора, удаления, хранения и захоронения радиоактивных отходов. Безопасность обращения с радиоактивными отходами регламентирована Нормами радиационной безопасности (НРБ-76/87). В соответствии с этими нормами и правилами жидкие отходы (р-ры, пульпы, орг. жидкости) считаются радиоактивными, если содержание в них отдельных радионуклидов или их смесей превышает допустимые концентрации для воды ДК_Б. Индекс Б означает категорию облучаемых лиц, к-рые не работают непосредственно с радиоактивными отходами, но по ряду причин могут подвергаться воздействию излучения: лица, работающие во вспомогат. или административно-хо-зяйств. учреждениях, проживающие в пределах санитарно-защитной зоны, а также проживающие в прилегающей к месту захоронения зоне наблюдения (см. Радиационная защита). Для ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra, ²³⁹Pu значения ДК_Б составляют соотв. 14,8; 555; 2,0; 81,4 Бк/л. Для жидких отходов любого состава должно выполняться условие:

где A_i и (ДК_Б)_i-радиоактивность i-го радионуклида в смеси и его допустимая концентрация в воде. Жидкие радиоактивные отходы подразделяют на слабоактивные (до 370 кБк/л), среднеактивные (от 370 кБк/л до 37 ГБк/л) и высокоактивные (выше 37 ГБк/л).

Твердые отходы (отработанное ядерное горючее, источники излучения, оборудование, ионообменные смолы, фильтры, остатки выпаривания р-ров-соляные кеки, горючие материалы, биол. объекты) считаются радиоактивными, если их уд. активность превышает: для b-излучателей 74 кБк/кг, для a-излучателей 7,4 кБк/кг, для трансурановых элементов 0,37 кБк/кг. Для отходов с преимуществ. содержанием у-излучателей нормируется величина (А/т)Г_си с размерностью Гр·м²·с^-1·кг^-1, где А - активность излучателя в Бк, m-его масса в кг, Г_си-g-постоянная (Гр·м²x x с^-1·Бк^-1). Твердые отходы считаются радиоактивными, если (А/т)Г_СИ > 0,2·10^-12 Гр·м²·с^-1·кг^-1. К твердым радиоактивным отходам относят также материалы и изделия, уровни загрязнения пов-сти к-рых превышают 5 a-частиц/(см²·мин) или 50 b-частиц/(см²·мин) при площади загрязнения больше 100 см². При транспортировке и переработке твердых радиоактивных отходов для рацион. построения защиты от внеш. g-излучения их делят на три группы, в зависимости от мощности дозы излучения на расстоянии 10 см от любой точки пов-сти: первая-с мощностью дозы до 0,3 мГр/ч; вторая-с мощностью дозы от 0,3 до 10 мГр/ч; третья-с мощностью дозы выше 10 мГр/ч (см. Доза).

Осн. кол-во радиоактивных отходов образуется в ядерном топливном цикле (ЯТЦ). Суммарное поступление радионуклидов в окружающую среду составляет: в атмосферу 1,3·10¹⁶ Бк/ГВт (эл) год (электрич. мощности в год), в гидросферу 3,3·10¹⁴ Бк/ГВт (эл) год. В состав газовых выбросов входят в осн. радиоактивные благородные газы ⁸⁵Кr, ^85mКr, ⁸⁸Кr, ¹³³Хе, ¹³⁵Хе и небольшие кол-ва (неск. процентов от уровней, допустимых НРБ-76/87) др. радионуклидов (³Н, ¹⁴С, ¹³¹I, ¹²⁹I, ⁹⁰Sr, ⁸⁹Sr). Оценочные сведения об объемах и общей радиоактивности радиоактивных отходов, накопившихся во всем мире к 1990, приведены в таблице.

Методы обращения с радиоактивными отходами и их последовательность указаны на схеме. Выделяют 4 осн. подхода к обращению с радиоактивными отходами: 1) очистка от высокоактивных примесей пылегазовых и жидких отходов с последующим сбросом низкоактивных радиоактивных отходов в атмосферу или водоемы, где происходит их разбавление до разрешенных уровней.

2) Сброс жидких радиоактивных отходов низкой и средней активности в фильтрующие колодцы и искусств. подземные полости в глинистых толщах. Таким способом в Хэнфорде (США) до 1959 удалено 1,5·10⁷ м³ жидких радиоактивных отходов общей активностью 1·10¹⁷ Бк.

3) Выдержка с целью уменьшения уд. активности во временных хранилищах (от неск. суток до десятков лет) перед переработкой и сбросом в окружающую среду. При временном хранении высокоактивных жидких и твердых радиоактивных отходов предусматривается их принудит. охлаждение. Нарушение режима хранения может иметь катастрофич. последствия. Напр., 29 сентября 1957 близ г. Кыштым (Южный Урал) произошел взрыв емкости с высокоактивными радиоактивными отходами. В результате в атмосферу была выброшена смесь радионуклидов ¹⁴⁴Се и ¹⁴⁴Pr, ⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb, ¹⁰⁶Ru и ¹⁰⁶Rh, ⁹⁰Sr и ⁹⁰Y, ¹³⁷Cs общей активности ок. 7,4·10¹⁶ Бк. Общая площадь загрязнения составила (15-23)·10³ км², плотн. загрязне-ния-от 3,7·10⁹ до 1,5·10¹⁴ Бк/км².

4) Переработка радиоактивных отходов с целью уменьшения их объема и проведение работ по изолированию радиоактивных отходов от биосферы. Для жидких радиоактивных отходов используют осаждение, экстракцию, ионный обмен (хим. способы переработки), а также дистилляцию, отверждение (физ. способы). Твердые радиоактивные отходы перерабатывают прессованием, сжиганием, кальцинацией (обжигом при 773-973 К), остатки улавливают и захоранивают. Надежных, абсолютно безопасных способов захоронения твердых радиоактивных отходов нет. Газообразные радиоактивные отходы перерабатывают посредством хим. поглощения (радионуклиды I, Вr, Те), адсорбции, фильтрации, их хранят в баллонах при повыш. давлении.

Конечным продуктом переработки различных радиоактивных отходов являются иммобилизованные твердые радиоактивные отходы в виде компактных блоков. Для иммобилизации и изолирования твердых радиоактивных отходов применяют след. способы: цементирование и битумирование радиоактивных отходов с низкой и средней уд. активностью; высокотемпературный обжиг (кальцинация и суперкальцинация) для получения спеченных частиц; остекловывание с применением боросиликатных (при 1273 К) или фосфатных (при 773 К) стекол, упаковка в контейнеры из нержавеющей стали и свинца.

Длит. хранение переработанных радиоактивных отходов (десятки лет) ведется в траншеях, наземных или неглубоких подземных инженерных сооружениях, снабженных системами контроля за миграцией радионуклидов. Захоронение (на сотни лет) проводят в материковых геол. структурах (подземных выработках, соляных пластах, естеств. полостях) и на дне океана в сейсмически неопасных районах. Как теоретически возможное захоронение радиоактивных отходов рассматривается превращение (трансмутация) долгоживущих радионуклидов в короткоживущие путем облучения в реакторе или на ускорителе (протонное и g-выжигание). Выбор вида захоронения зависит от уд. активности и радионуклидного состава радиоактивных отходов, степени герметизации упаковок и вероятной продолжительности захоронения. Механизмы миграции радионуклидов из мест хранения (или захоронения) в окружающую среду м. б. разными, осн. причина - выщелачивание радионуклидов из упаковок и разрушение контейнеров водой. Скорость выщелачивания считается приемлемой на уровне 10^-5 -10^-8 г/см² в сутки, что обеспечивает хранение в течение неск. тысяч лет без загрязнения окружающей среды выше допустимых уровней. Согласно Лондонской конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов (1972), запрещен сброс в океан отработавшего ядерного топлива, а также нек-рых др. видов радиоактивных отходов с уд. активностью, превышающей 5·10⁷ Бк/кг (a-излучатели), 2·10¹⁰ Бк/кг (b-и g-излучатели с периодом полураспада Т_1/2 более 1 года, кроме трития), 3·10¹² Бк/кг (для трития и b- и g-излучателей с Т_1/2 менее 1 года). В настоящее время б. ч. высокоактивных радиоактивных отходов, образующихся при переработке ядерного топлива в разл. странах, хранится либо в виде жидкостей (кислых или щелочных), либо в виде солевых концентратов в резервуарах из нержавеющей стали (кислые р-ры) или из низкоуглеродистой стали (щелочные р-ры).

Захоронение радиоактивных отходов осуществляют в специально оборудованных емкостях из нержавеющей стали, помещенных в поверхностные слои земли выше уровня грунтовых вод. Транспортирование, переработка и захоронение радиоактивных отходов производится спец. пунктами или специализир. комбинатами. Участок для захоронения должен быть расположен вне территории перспективного развития населенных пунктов и пригородных зон на расстоянии не менее 500 м от водоемов и водозаборов на незатопляемой и нсзаболочен-ной местности. Вокруг пункта или комбината устанавливается санитарно-защитная зона радиусом не менее 1000 м.

Служба пункта захоронения проводит систематич. радиац. контроль, включающий контроль нуклидного состава радиоактивных в-в в аэрозолях, воде, открытых водоемах, подземных водах, выпадениях из атмосферы, в почве, донных отложениях, растительности и кормах местного произ-ва, гидробионтах, продуктах питания местного произ-ва. Зона наблюдения в 3-4 раза превышает санитарно-защит-ную зону.

Радиоактивные отходы являются одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Осн. задача - переработка и захоронение уже накопленных радиоактивных отходов -в настоящее время не может считаться окончательно решенной. В Нидерландах, Финляндии, Швейцарии, Швеции в настоящее время не перерабатывают и не захоранивают радиоактивные отходы, но разрабатывают национальные программы по обращению с радиоактивными отходами.

Лит.: Охрана окружающей среды па предприятиях атомной промышленности, под ред. Б. Н. Ласкорина, М., 1982; Соболев И.А., ХомчикЛ.М., Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах, М., 1983; Ядерная энергетика, человек и окружающая среда, под ред. А. П. Александрова, 2 изд., М., 1984; Кыштымская авария крупным планом, "Природа", 1990, № 5, с. 47-75. В.К.Власов.