Переработка радиоактивных отходов страны

В Россию свозят ядерные отходы. Почему для нас это не плохо?

В 2019 году в Россию начали поставлять ядерные отходы из немецкой уранообогатительной фабрики Urenco для дальнейшей переработки. Ситуация вызвала широкий общественный резонанс, а экологи и активисты выступают с протестами. Почему урановые отходы везут именно в Россию и так ли это опасно, как об этом рассказывают СМИ?

Поставки отходов

Урановые отходы ввозятся в нашу страну ещё с 1996 года, но особенно много их стало в последнее время. В 2019 году из немецкой фабрики Urenco, занимающейся обогащением уранового топлива для АЭС, привезли 3600 тонн урановых «хвостов» на Уральский электрохимический комбинат. Всего до 2022 года планируется привезти 12 тысяч тонн отходов.

До 2009 года Urenco уже экспортировала отходы на российские предприятия в Зеленогорске, Новоуральске и Ангарске. После истечения срока контракта российская сторона не стала продлевать его. Однако поставки продолжаются до сих пор.

Какие отходы свозятся в Россию?

Главная причина, почему ядерные отходы свозятся в Россию – это то, что мы умеем перерабатывать их. В США, например, не умеют это делать и поэтому закапывают ядерные отходы под землю. Для нас переработка атомных «хвостов» – это шанс не только заработать, но и получить ценные ресурсы.

В Россию привозят обедненный гексафторид урана (ОГФУ) – отходы обогащения урана, которые в дальнейшем могут использоваться для переработки. Раньше подобные вещества действительно подвергались только захоронению как отходы, но нынешние технологии решают эту проблему.

Перевозка таких материалов возможна только при использовании герметичных контейнеров. На вопрос о безопасности транспортировки обедненного урана ответил Игорь Конышев, директор по работе с общественностью в госкорпорации «Росатом». Он заявил , что по классификации опасности грузов ОГФУ относится к 7 уровню, т.е. низкому уровню опасности.

Поэтому перевозка «хвостов» представляет угрозу для экологии не больше, чем транспортировка бензина, кислоты или щелочи , относящиеся к 5 уровню — более токсичному.

Еще один сотрудник «Росатома» Сергей Новиков напомнил экологам о том, что в России не было случаев, когда при перевозке токсичных промышленных материалов случилась разгерметизация контейнеров, поэтому причин для беспокойства нет.

Почему именно Россия?

Главная причина, по которой ядерные отходы привозят в Россию, — технологии переработки сырья. Только российские атомщики умеют работать с обедненным ураном и использовать его для дальнейшей переработки. К тому же после СССР у нас осталась мощная атомная энергетика и связанная с ней промышленность.

Уральский комбинат предлагает технологию обработки ОГФУ в центрифугах, чтобы повысить процентное содержание урана-235, и тем самым использовать сырье повторно. Поэтому о захоронении большого количества токсичных отходов говорить не приходится.

Уральский электрохимический комбинат вообще считается самым инновационным предприятием в стране, так как именно он первым запустил полный цикл переработки ядерных отходов. Компания смогла увеличить объем переработки и тем самым сократить количество радиоактивных отходов.

Как это влияет на экологию?

«Росатом» ежегодно предоставляет отчет об экологической безопасности. В 2019 году уровень выброса радионуклидов (радиоактивных изотопов) составил всего 0,073 ГБк, в то время как допустимое значение в год в 4 раза выше — 0,3 ГБк.

Таким образом, транспортировка и переработка радиоактивных материалов, привезенных из Германии, не представляет опасности для окружающей среды. При соблюдении всех условий переработки ядерные отходы превращаются в дополнительный заработок и ценные ресурсы .

Источник

Способы переработки ядерных отходов и их захоронения в России

Радиационное загрязнение приносит смертельную опасность. Больше 20 стран используют радиоактивные материалы в промышленности, энергетике и научных исследованиях. Ни одна страна не нашла безопасного и долговечного места для содержания ядерных отходов. С каждым годом эта проблема становится острее, поскольку старые сооружения не в состоянии накапливать заражённый мусор.

Понятие ядерных отходов

Такие материалы представляют собой опасные вещества с радионуклидами. Согласно ФЗ № 170 «Об использовании ядерной энергии» субстанции с радиоактивными составляющими повторно применять запрещается. Они излучают огромные дозы радиации, что приводит к разрушению организма. В Россию нельзя ввозить ядерные отходы из других стран.

В зависимости от степени насыщенности опасными элементами РАО делят на такие виды:

1. Низкорадиоактивные — до 0,1 Кюри на 1 м³.
2. Средней активности — от 0,1 до 1 тыс. Кюри на 1 м³.
3. Высокорадиоактивные — от 1 тыс. Кюри на 1 м³.

Отходы классифицируются на твёрдый ядерный мусор, жидкие растворы и части конструкций реакторов на АЭС. Первая группа включает предметы техобслуживания энергетических предприятий, одежду персонала, бытовой мусор. Утилизация происходит путём сжигания в печи, а пепел смешивают с цементом. Жидкий состав заливают в ёмкости и перемещают в хранилище.

Ко второй категории относят воду для очистки костюмов и мытья сотрудников, технологические растворы. Жидкость перерабатывают, и она становится топливом для атомных реакторов. Элементы механизмов, транспорта и инструментов технического контроля предприятий относятся к третьему виду. Утилизация таких вещей — дорогостоящий процесс. Для подобных объектов строят саркофаг или частично демонтируют с целью снизить уровень радиации. Снятые фрагменты отправляют на захоронение.

РАО путают с отработанным ядерным топливом. Последнее содержит в себе тепловыделяющие элементы с фрагментами цезия 137 и стронция 90. Эти радиоактивные нуклиды применяются в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Такие растворы — ценный источник получения нового топлива для АЭС и изотопов. Отдельным видом отходов считаются жидкие технологические РАО. Они формируются после работы оборонных предприятий, АЭС и изготовления радиоизотопной продукции.

Методы утилизации

Субстанции с нуклидами применяются в различных сферах. Источники заражённого материала — АЭС, электростанции и научные институты при исследовании излучений. В промышленности эти материалы используют для ликвидации микроорганизмов, бактерий и вирусов на продуктах питания.

Переработка ядерных отходов в России проводится на специальных комбинатах. Когда на предприятии появляются РАО, начинают сбор, дают характеристику мусору и проводят сортировку. После временного хранения ненужные материалы отправляются на заводы, где происходит их уничтожение. Технология утилизации зависит от вида остатков и правил обращения с ними.

Сжигание опасного мусора

Процесс происходит в специализированной печи. Она проектируется так, чтобы снизить выброс радиации в атмосферу. Пепел смешивают с цементным раствором и наполняют резервуары. Эти контейнеры отправляют на склады в шахты или соляные штоки. Таким способом избавляются от облучённого сырья: дерева, бумаги, одежды и других вещей со средним или маленьким уровнем радиации.

Сжатие и цементирование

Твёрдые отходы уменьшают в размере. Метод не применяют для легко воспламеняющихся и взрывоопасных материалов. Уплотнение подходит для веществ с невысоким уровнем опасности. Утилизация ядерных отходов в России с помощью цементирования считается распространённой практикой. Облучённые фрагменты помещают в контейнеры и заливают раствором из химических элементов. На такие смеси не влияет внешняя среда. Способом пользуются при захоронении жидкостей со средним уровнем радиации. Текучие вещества соединяют с битумом. Эта процедура сложнее, чем цементирование. Главное преимущество битумирования — испарение влаги.

Вторичное использование

В энергетике радиоактивные материалы эксплуатируются не до конца. Отработанные элементы используются повторно как источник энергии. Изотопы помогают обрабатывать продукты и запускают термоэлектрические реакторы. За границей проводят регенерацию топлива. В процессе выделяют до 3% урана 235 и плутония 239. Европейские АЭС переправляют ядерные отходы для подобной переработки в США, но утилизация радиоактивных отходов в России таким методом не развивается.

Остекловывание и захоронение

Стекло в состоянии поглотить инородные вещества в огромных объёмах. Такой обработке подвергают вещества разного уровня загрязнения. Опасный мусор заливают расплавленным стеклом в стальных ёмкостях — кокилях. В РФ процедура реализуется с помощью печи прямого электрического нагрева. Она создаётся из огнеустойчивого материала и делится на 3 зоны. В каждую из них закрепляют молибденовые электроды для проведения тока. Полученная стекломасса переливается в бидоны.

Контейнеры после охлаждения и герметизации скрепляют по 3 штуки и транспортируют в хранилище. Для отвержения отходов применяют другие материалы: стеклокерамику, витромет, суперкальцинаты. После переработки отходы отправляют в специально оборудованные места — могильники. Из предприятий РАО забирают в твёрдом состоянии и в правильной упаковке. Захоронения делятся на следующие виды:

1. Геологические — для отходов используют постройки в крепких слоях породы на глубине от 100 метров. Они подходят для высокорадиоактивных материалов.
2. Приповерхностные — сооружения с контейнерами размещаются близко к земле или в шахтах. В таких местах прячут вещества с незначительной степенью радиации.
3. Глубоководные — заражённые ёмкости опускают в море до 1 тыс. м.
4. Могильники в глубинных отложениях дна — контейнеры опускают ниже 1 тыс. м.
5. Под дном океана — ядерный мусор хранится в постройках прибережной линии.

Могильники радиоактивных отходов в России на воде прекратили создавать в 1984 году, поскольку они выдерживали десятилетие. Хранилища сооружают в местах, где они не подвергнутся влиянию воды, землетрясения или других природных явлений. На АЭС строят конструкции для временного содержания таких контейнеров.

Сохранение РАО на территории РФ

Утилизация проходит на специальных комбинатах с соответствующим оборудованием. Каждый год в стране набирается до 5 млн тонн РАО, а переработке поддаются 60%. До 2025 года планируется содержать 89,5% веществ в безопасной форме, а остальное — в ёмкостях и временных сооружениях.

Для хранения ядерных отходов в России использовали реку Теча — первый могильник РАО времён СССР. В 1957 году, кроме хранения радиоактивных материалов, добавились фрагменты воспламенения опасных контейнеров. Появившееся после взрыва облако развеяло вредные элементы на 300—350 км. После аварии хранилище построили на озере Карачай.

Засуха 1967 года привела к распространению отходов в радиусе десятков километров. После этого водоём начали консервировать. В озере сохраняется до 200 тыс. м3 суглинков с радиацией.

В 1978 году для сейсмического зондирования провели подрыв объекта Кратон-3 в Якутии. Выброс радиоактивных веществ способствовал формированию облака, которое накрыло ближние посёлки. После аварии заражённое оборудование и землю из площадки закопали на глубину 2,5 м и засыпали грунтом. Радионуклиды распространились на территории в 5 тыс. м2 и в систему реки.

В районе Красноярска расположилось огромное геологическое захоронение радиоактивных отходов. На территории собрали жидкие РАО. Отходы закачивали в землю на глубину от 50 до 500 м. По состоянию на 2012 год полигон вмещал от 88 тыс. м3 мусора. Каждый год его количество увеличивается на 100 тыс. м3.

На Кольском полуострове в губе Андреева размещается хранилище непригодного ядерного горючего из реакторов подводных лодок. В 1982 году после аварии в здании комплекса в Баренцевом море вытекло 700 тыс. тонн заражённой воды. В бетонных стержнях заключены 22 тыс. опасных элементов. В 2017 году началась процедура вывоза РАО из этой территории.

Источник

Вторая жизнь урана: что делают в современном мире с отработанным ядерным топливом

Атомная энергетика — одна из самых экологичных с точки зрения выбросов углекислого газа: за 1 кВт⋅ч атомные электростанции выбрасывают всего 12 г СO2. Для сравнения, у природного газа этот показатель составляет 490 г/кВт⋅ч, а у угля — 820 г/кВт⋅ч. Однако атомных электростанций до сих пор не слишком много — в первую очередь, потому что вопрос, что делать с отработанным ядерным топливом, остается нерешенным. Общественное восприятие, часто основанное на мифах, заключается в том, что мы понятия не имеем, что делать с ядерными отходами. «Хайтек» рассказывает, какие технологии утилизации ядерного топлива существуют, какие страны хранят такие отходы и как избегают утечек — таких, как на Фукусиме и в Чернобыле.

Почему атомная энергетика экологична?

По сравнению с электрогенерирующими установками, работающими на ископаемых или возобновляемых видах топлива, атомные электростанции имеют очень легкий углеродный след. Например, при сжигании биомассы выделяется 230 г CO2 за кВт⋅ч, при добыче электричества с помощью гидростанций — 24 г CO2 за кВт⋅ч, и только 12 г CO2 за кВт⋅ч при добыче электричества на атомной станции.

Однако политики предпочитают атомным электростанциям солнечные, ветровые и другие возобновляемые источники энергии — главным образом, потому что использованное ядерное топливо остается радиоактивным, а в обществе и во власти пока отсутствует консенсус, что с ним делать.

Отработанное ядерное топливо можно использовать повторно — для получения огромного количества энергии с нулевым содержанием углерода, которая позволит сократить выбросы парниковых газов.

Существуют разные причины, по которым правительства отказываются от переработки отработанного ядерного топлива. Например, в США основное препятствие для утилизации — опасения в неэффективности затрат и вероятности распространения ядерного оружия. Истоки последнего восходят к решению президента Джимми Картера 1977 года, который запретил перерабатывать ядерное топливо — вместо этого его захоранивают глубоко под землей. Франция, Великобритания и Япония в числе других стран пошли противоположным путем — правительства этих стран воспринимают отработанное ядерное топливо как ценный актив, а не просто отходы, требующие утилизации.

Какое отработанное топливо подлежит переработке?

Существующие на данный момент 440 ядерных энергетических реакторов, работающих по всему миру, производят примерно 10 500 т отработанного топлива в год. Во время производства энергии потребляется только приблизительно 5% урана, а также генерируются побочные продукты, такие как плутоний. Как и оставшийся уран, плутоний подлежит переработке.

В тепловом реакторе нейтроны, которые формируются довольно быстро, замедляются за счет взаимодействия с соседними атомами с низким атомным весом, такими как водород в воде, которая протекает через активную зону реактора. Все, кроме двух из 440 действующих коммерческих ядерных реакторов, являются тепловыми, и большинство из них используют воду как для замедления нейтронов, так и для передачи тепла, которое возникает в процессе распада, в электрические генераторы. Большинство этих тепловых систем — то, что инженеры называют легководными реакторами.

В атомных реакторах используются два изотопа урана — менее распространенный уран-235 и более распространенный уран-238. Обычные реакторы в основном расщепляют уран-235 для выработки энергии, а уран-238 в чистом виде часто считается бесполезным. Так, когда в стандартном реакторе заканчивается уран-235 — это происходит примерно через три года после начала использования, — его дозаправляют, даже если в нем еще много урана 238.

Когда сотрудники АЭС удаляют отработанное топливо, в нем остается около 95% от его первоначальной энергии — другими словами, используется только 5% его энергии. Только около одной десятой добытой урановой руды превращается в топливо в процессе обогащения (во время которого концентрация урана-235 значительно увеличивается), поэтому для выработки электроэнергии используется менее одной сотой от общего энергосодержания материала.

Большую часть (около 94%) отработанного ядерного топлива составляет уран-238, который не делится. Этот компонент является лишь слегка радиоактивным (по сравнению с другими продуктами распада — цезием-137 и стронцием-90) и, будучи отделен от продуктов деления и остальной части материала в отработанном топливе, может быть легко сохранен для будущего использования на слабо защищенных объектах.

Уран-238 также называют расщепляющимся, потому что он иногда распадается при попадании быстрого нейтрона. Он еще называется фертильным, потому что, когда атом урана-238 поглощает нейтрон без расщепления, то превращается в плутоний-239, который, как и уран-235, является делящимся и может поддерживать цепную реакцию. Он и подлежит переработке.

Как перерабатывается ядерное топливо?

Ядерное топливо представляет собой герметичный контейнер из сплавов циркония или стали, в который помещены таблетки с ураном. Когда топливо переходит в разряд отработанного, его извлекают из реактора и путем химического разделения сортируют на бесполезные элементы и вещества, которые можно использовать повторно.

Конкретные схемы переработки отличаются набором применяемых реагентов, последовательностью отдельных технологических стадий и аппаратурным оформлением. Например, в ходе самого распространенного метода переработки PUREX происходит восстановительная реэкстракция плутония из совместного экстракта с ураном и продуктами деления. После удаления оболочки топливо растворяется в азотной кислоте, затем органические растворители извлекают плутоний, который потом используется для производства ядерного оружия.

В отличие от PUREX, процесс пиропереработки позволяет получить не компоненты для ядерного оружия (чистый плутоний), а смесь трансурановых элементов. Их можно использовать для производства энергии.

Пиропереработка основана на гальванизации — использовании электричества для сбора на проводящем металлическом электроде металла, извлеченного в виде ионов из химической ванны. Этот процесс проводится при очень высоких температурах.

Существуют два подхода по пироперераработке отработанного ядерного топлива — российский и американский. В России перерабатывается керамическое (оксидное) топливо из дикосида урана, а в США — металлическое ядерное топливо.

Как с ядерным топливом поступают разные страны?

Переработка ядерного топлива часто воспринимается однозначно — как метод PUREX, который позволяет получать из отработанного топлива чистый плутоний для ядерного оружия. Однако еще в конце прошлого века усовершенствованная технология реакторов на быстрых нейтронах позволила использовать альтернативную стратегию рециркуляции, которая не позволяет получать чистый плутоний ни на одной из стадий переработки.

Таким образом, реакторы на быстрых нейтронах минимизируют риск того, что отработанное топливо от производства энергии будет использоваться для производства оружия. И при этом позволяет повторно использовать отработанное топливо для производства энергии. Несколько таких реакторов были построены и применены для выработки электроэнергии — во Франции, Японии, России, Великобритании и США. Два из них всё еще работают.

К настоящему времени по всему миру переработано около 100 тыс. т (из 290 тыс. т произведенного) отработанного топлива коммерческих энергетических реакторов. Годовая мощность переработки в настоящее время составляет около 5 тыс. т в год.

В частности, переработкой ядерных отходов занимаются Великобритания, Россия и Япония — их коммерческая перерабатывающая мощность составляет 600, 400 и 800 т в год соответственно. Ожидается, что в период с 2010 по 2030 годы в мире будет произведено около 400 тыс. т отработанного ядерного топлива, в том числе 60 тыс. т в Северной Америке и 69 тыс. т в Европе.

Европейские страны активнее используют рециркулированное ядерное топливо. Например, во Франции работает 58 атомных электростанций, которые позволяют генерировать 80% потребностей страны в электроэнергии с помощью атомной энергии, большая часть которой генерируется за счет переработки.

Процесс рециркуляции во Франции выглядит так: отработанный уран с электростанций отправляется на два перерабатывающих завода — UP-2 и UP-3, расположенных на мысе Ла Аг. Там в течение трех лет он находится в деминерализованной воде, после чего отделяется для переработки в оксидное топливо.

Ядерные отходы, которые не подлежат переработке, помещаются в специальные резервуары из стекла цилиндрической формы. В будущем правительство планирует построить глубокое подземное хранилище для этих отходов.

Заводы для переработки ядерного топлива также существуют в Великобритании (Thorp) и Японии (предприятия в Роккасе-Мура и Токае-Мура).

Как обстоят дела в России?

Сейчас в России работают десять стационарных атомных электростанций и одна плавучая — «Академик Ломоносов». Годовая выработка энергии атомными электростанциями в России, по данным Росатома, составляет 204,275 млрд кВт⋅ч — это около 18,7% всей электроэнергии, производимой в стране. В госкорпорации отмечают, что этого достаточно, чтобы обеспечивать электричеством Москву и Московскую область примерно в течение двух лет.

В России уже накоплено около 20 тыс. т собственного отработанного ядерного топлива — при перерабатывающей коммерческой мощности в 400 т в год. Единственным предприятием, на котором ведется переработка отработанных ядерных отходов, является РТ-1 на ПО «Маяк» — предприятии в закрытом городе Озерск в Челябинской области.

На «Маяке» производят компоненты для ядерного оружия, изотопы, системы для хранения и регенерации отработанного ядерного топлива, его утилизации. Предприятие обслуживает Кольскую, Нововоронежскую и Белоярскую АЭС, а также перерабатывает ядерное топливо с атомных подводных лодок.

Второе предприятие РТ-2, в горно-химическом комбинате в Красноярском крае, долгое время находилось в стадии замороженного строительства. На нем планировали организовать хранение отработанного ядерного топлива реакторов АЭС, его переработку и производство нового ядерного топлива для реакторов на быстрых нейтронах. В 2018 году на РТ-2 провели тестовую переработку отработанного ядерного топлива с нескольких российских АЭС.

Срок службы существующих тепловых реакторов в России (к этому типу принадлежат восемь из десяти стационарных АЭС) в ближайшем будущем завершится. Если их заменят быстрыми реакторами, отработанные ядерные отходы станет проще и безопаснее перерабатывать, потребность в добыче новой урановой руды, запасы которой ограничены, почти исчезнет. А благодаря рециркуляции топлива использовать существующие запасы можно будет еще очень долго.

Почему атомная энергетика безопасна?

В истории гражданской ядерной энергетики произошло три крупных аварии на реакторах — на АЭС, расположенных на острове Три-Майл, в Чернобыле и Фукусиме. Это единственные крупные аварии, произошедшие за более чем 17 тыс. совокупных реакторных лет промышленной эксплуатации атомной энергии в 33 странах.

С 1990-х годов новые реакторы строятся по международным правилам — при проектировании АЭС инженеры стремятся к большей стандартизации конструкции, а объекты находятся под надзором регулирующих органов.

Стандартизация предполагает принятие положения по безопасности, которое планирует строительство нескольких физических барьеров между активной зоной реактора и окружающей средой, а также несколько систем безопасности, которые дублируют друг друга. Это позволит избежать человеческой ошибки. Сейчас системы безопасности составляют около четверти капитальных затрат на строительство реакторов.

Атомная энергетика сможет удовлетворить долгосрочные потребности человечества в энергии при условии крайне низкого влияния на окружающую среду. Однако для продолжения широкомасштабного устойчивого производства атомной энергии поставки ядерного топлива должны продолжаться в течение длительного времени. В условиях ограниченных запасов ископаемого топлива перспективы производства атомной энергии и переработки ядерного топлива выглядит очень привлекательными.

Источник