Ядерная энергетика без радиоактивных отходов

Актуальные публикации по вопросам экологии и природопользования.

NEW ЭКОЛОГИЯ

Все свежие публикации

Меню для авторов

ЭКОЛОГИЯ: экспорт материалов
Скачать бесплатно! Научная работа на тему Ядерная энергетика без радиоактивных отходов. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные ссылки

BIBLIOTEKA.BY Крутые видео из Беларуси HIT.BY - сенсации KAHANNE.COM Футбольная биржа FUT.BY Инстаграм Беларуси
Система Orphus

44 за 24 часа
Публикатор:


АВТОР: В.И.ПОЛЯКОВ ("ЭНЕРГИЯ", 2001, №7)

Проблема обращения с радиоактивными отходами (РАО) чрезвычайно важна. Наличие РАО воспринимается людьми как жизненно опасный фактор и настраивает их против АЭС даже больше, чем возможность аварий, вероятность которых в современных проектах снижена до незначительного уровня.

Любые промышленные отходы, и РАО в том числе, негативно воздействуют на человека, животный мир, в целом на биосферу. Но у специалистов есть основания полагать, что ядерная энергетика XXI века может продемонстрировать технологические-циклы с утилизацией отходов без их выброса в биосферу. Для достижения этой цели необходима целенаправленная программа совершенствования технологий, организации учета и хранения материалов и, главное, экологическое воспитание.

Рассмотрим некоторые общие положения, позволяющие определить направление решения проблемы РАО.

Антропогенное воздействие на природу в XX в. приблизило ее к пределу устойчивости. Например, техногенные процессы увеличили планетарный объем окиси углерода на 22% и биосферные системы уже не обеспечивают равновесия потоков СОг. Его концентрация в атмосфере в последние десятилетия непрерывно растет. Биосфера переживает экологический кризис, к основным признакам которого специалисты относят глобальное потепление, сокращение озонового слоя, загрязнение Мирового океана и почв, исчезновение многих видов животных и растений.

На возрастающее антропогенное воздействие природа отвечает непредвиденными изменениями в полном соответствии с правилом социально-экологического равновесия, сформулированным Н.Ф. Реймерсом: «Общество развивается до тех пор, пока сохраняется равновесие между его давлением на среду и восстановлением этой среды — естественным или искусственным путем. По оценкам некоторых ученых, в случае продолжения сложившихся технических и демографических тенденций человечеству осталось жить в относительном благополучии недолго. Далее возможны катаклизмы».

Основные факторы воздействия имеющихся технологий на окружающую среду — это промышленные отходы, выбросы и сбросы. По статистическим данным, из 120 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых мировой экономикой за год, только 9 Гт (7.5%) преобразуется в полезную продукцию. Ежегодно к отвалам «пустой» породы, золо- и шлакоотвалам, свалкам и захоронениям добавляется 85 Гт. Рост объемов отходов промышленной деятельности на Земле продолжается экспоненциально.

Как следует из Госдокладов Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ (1995-1999 гг.), в России ежегодно производится 12-15 Гт твердых, 60-120 Гт жидких и 50- 100 Мт газообразных отходов.

Но понятие отходов, принятое в экологии, отличается от технократического тем, что указывает направление для защиты среды обитания: «Отходы — это разнообразные по физико-химическим свойствам остатки, обладающие потенциальной потребительской ценностью, то есть являющиеся вторичными ресурсами, использование которых требует специальных технологий для придания им привлекательных для потребителя свойств» (Н.Ф. Реймерс). На «придание» необходимых свойств технологическим остаткам требуются немалые деньги, именно поэтому всегда считалось приемлемым создавать горы отвалов, терриконов, свалок.

Наступила пора разбирать накопленное. Сокращение отходов возможно только при их утилизации или при использовании более совершенных технологий. В «Декларации ООН о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов» дано определение: «Безотходная технология это практическое применение знаний, методов и средств для обеспечения наиболее рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды». И, следовательно, уменьшение массы промышленных отходов за счет использования веществ, содержащихся в них, — главное экологическое условие спасения биосферы.

В ближайшие десятки-сотни лет вследствие истощения ресурсов возрастут потребности общества в материалах, находящихся в настоящее время в отвалах и «хвостохранилищах». На добычу из недр, транспортировку и частичное разделение сырья уже затрачен труд, и поэтому потребительская стоимость «отходов производства» со временем будет возрастать.

Таким образом, кардинальное сокращение отходов — это главная экологическая задача всех производств, а максимально возможная их утилизация вместо захоронения или накопления на свалках — магистральный путь экологизации производственных процессов. Включение производственных отходов в природные или техногенные циклы может стать реальностью и в ядерных технологиях.



Объемы и активность отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов на предприятиях атомной промышленности, энергетики и атомного флота РФ

Местоположение
РАО
ОЯТ

Объем, м3
Активность, ТБк
Масса, т
Активность, ТБк

Добывающие и перерабатывающие предприятия 1.108
6.7.103

Производство оружейных ядерных материалов 4.5.108
7.8.107

АЭС 2.86.105
1.6.103
7.2.103
1.5.108

Хранилище РАО Минатома 1.0.103
1.8.107

Остеклованные отходы объединения «Маяк» 700
7.8.108

Хранилища СК «Радон» 2.105
7.4.104

Ядерный флот 3.28.104
7.8.102
1.2.106

Сумма накопленных РАО и ОЯТ 5.5.108
8.5.107
8.3.103
1.7.108




Особенности РАО и методов обращения с ними

Разработка новых технологий обращения с РАО рассматривается как одна из важнейших задач в принятой в 2000 г. Комплексной программе обеспечения ядерной и радиационной безопасности государства, снижения радиационного воздействия на человека и среду его обитания объектов использования атомной энергии. Однако эта проблема, обострившаяся в настоящее время, является результатом полувекового накопления радиоактивных отходов. Ядерные технологии на начальном этапе создавались для решения военно-политических задач. Гонка вооружений требовала быстрого накопления материалов для атомных бомб, и проблема отходов просто не рассматривалась. В «одну трубу» поступало все, что не уран и не плутоний. В результате в стране накоплено 0.55 км3 радиоактивных отходов (см. табл.), обладающих рядом особенностей. Вот некоторые из них:



объем накопленных за год РАО составляет примерно 0.5% от величины всех промышленных отходов в стране;
вклад ядерной энергетики в накопление РАО составил примерно 0.3%;
наибольшую экологическую опасность представляют накопленные за 50 лет РАО (0.4 км3, 0.7-109 Ки), находящиеся в открытых водоемах около ПО «Маяк»;
отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), находящееся на хранении, составляет 0.0015% по объему от РАО, но имеет в два раза большую радиоактивность. Его, конечно, нужно считать фактором экологического риска, но не следует рассматривать как отходы, так как оно может быть переработано в топливо для АЭС.
Вследствие высокой активности все РАО должны находиться под надежной физической (от несанкционированного использования), биологической (от радиационного воздействия на персонал и население) и экологической (от массопереноса в биосфере) защитой. Далеко не всегда и не все эти требования выполнялись. Памятником несовершенству ранних технологий остается уральское озеро Карачай. В 40- 50-х гг. в него сливали жидкие отходы, радиоактивность которых сейчас 4.4.106 ТБк.

В настоящее время уже существуют технологии для ликвидации таких отходов, но стоимость их очень высока. Американцы, например, на ликвидацию последствий своей «ядерной оборонки» планируют истратить не менее 250 млрд. долл. (весь наш госбюджет «тянет» на 1/10 этой суммы!).

Уже имеются принципиальные решения о выводе из эксплуатации существующих полигонов подземного захоронения жидких радиоактивных отходов. Планируется создать опытно-промышленный объект на архипелаге Новая Земля для захоронения РАО ядерного флота и несколько специализированных пунктов их кондицирования. Разрабатываются технологии переработки, контейнеризации, безопасного хранения РАО в течение десятков-сотен лет, а для некоторых из них — безопасное для биосферы захоронение на сотни тысяч лет. Теоретически и экспериментально изучается возможность трансмутации («выжигания» в реакторах на быстрых нейтронах) актинидов с большими периодами полураспада.

Однако, по нашему мнению, некоторые планируемые программы не соответствуют экологическим критериям обеспечения безопасности биосферы. Как записано в федеральной целевой программе «Ядерная и радиационная безопасность России на 2000-2006 годы», захоронение РАО означает выключение кондицированных РАО из сферы деятельности человека в течение всего срока сохранения потенциальной опасности и без намерения последующего извлечения. Это положение не бесспорно. По нашему мнению, возможен принципиальный отказ от их вечного захоронения. Основания следующие:



во-первых, «вечная» изоляция внутри биосферы от биосферы невозможна, и воздействие РАО на окружающую среду не может быть исключено, так как за тысячи лет возможны непредвиденные экосферные изменения (топографические, климатические, биологические, социальные);
во-вторых, «вечная» изоляция РАО нарушает принцип «экологичное всегда экономично», ибо выбрасываются созданные человеческим трудом вторичные ресурсы;
в-третьих, социальные изменения и научно-техническое развитие уже в течение ближайшего столетия могут непредсказуемо изменить подходы потомков к нашим «могильникам РАО».
И, наконец, в случае «вечного» контролируемого хранения РАО нарушаются принципы защиты будущих поколений от вредных воздействий и чрезмерного для них экономического бремени, заложенные в основу Концепции обращения с РАО, так как дисконтирование социально-экономических потерь человеческого общества, без всякого сомнения, многократно превысит выгоду, полученную нашим поколением.

Таким образом, повторим: принятая в настоящее время Концепция обращения с РАО, предполагающая их захоронение, не может быть признана достаточно обоснованной.

По нашему мнению, с позиций экологических требований следует пересмотреть и ряд других программ, эффективность которых не может быть спрогнозирована на время, превышающее социальные, биологические и геологические периоды развития природных и техногенных систем. Речь идет о программах, декларирующих:



принцип захоронения РАО, по радиотоксичности экви-валентных извлеченным из Земли (не учитывается различие физико-химических свойств и их изменение в длительном интервале времени);
трансмутацию долгоживущих актинидов, йода, технеция и т.п. для снижения радиотоксичности РАО до уровня активности природных сред (сомнительны и цель, и экономическая эффективность);
поиск геологических структур для «вечного» хранения РАО и разработку долговременных (на миллионы лет) моделей миграции радионуклидов в природных средах (невозможность оценить точность моделей и нереальность прогноза);
разработку технологий перевода РАО в минералоподобные матрицы, удаление их в космическое пространство или для «вечного» захоронения в глубинах морей и недрах Земли.


Кардинальное решение проблемы РАО возможно!

Основа экологического подхода к любому виду человеческой деятельности — минимальное воздействие на окружающую природную среду и коэволюция с ней. Основное требование — вовлечение в круговорот (естественный или антропогенный) всех продуктов производства. По отношению к проблеме обращения с РАО это означает необходимость максимально возможной их утилизации. Проблема кардинального сокращения объемов РАО может быть решена значительно быстрее и эффективнее по сравнению с другими промышленными отходами.

Известно, что их масса мала (при мощности 1000 МВт АЭС дает лишь 27 т в год твердых отходов, а ТЭЦ на угле — 830000 т; масса жидких и газообразных отходов АЭС в 104-106 раз меньше). Состав РАО, как правило, обогащен редкими и дефицитными элементами, потребительский спрос на которые возрастает (в 1869 г. промышленность использовала 35 химических элементов, в 1906 г. — 52, в 1937 г. — 73, в 1990 г. — 95). Кроме того, радиоактивность сама по себе — ценное потребительское качество, и темп роста потребностей в радионуклидной продукции в медицине, сельском хозяйстве, промышленности выше, чем в других сырьевых продуктах. Ну и последнее: радиоактивность, вызывающая радиофобию населения, может стимулировать инвестиции в переработку РАО.

В соответствии с определением к РАО относят вещества, содержащие радионуклиды, «не подлежащие дальнейшему использованию на данном или каком-либо другом производстве и в экспериментальных исследованиях». Следовательно, все вещества с любой активностью и в любой форме не должны рассматриваться как РАО, если возможно их дальнейшее использование.

Производимые в настоящее время РАО на АЭС и в технологических процессах на предприятиях Минатома по составу элементов значительно обогащены по сравнению с их природным кларковым содержанием. Поэтому они могут рассматриваться как вторичный ресурс, перспективный сырьевой материал атомного комплекса (СМАК). Сроки экономически целесообразного использования этих ресурсов, конечно, будут уточняться.

Таким образом, следует изменить не только название РАО на СМАК, но изменить и принципы их учета и подготовки к длительному безопасному хранению. Все нецелевые продукты ядерных технологий («отходы») должны подлежать классификации в местах производства — паспортизации СМАК по химическому и радиоактивному составу с оценкой массы и активности. Потоки разных по химическому составу продуктов должны быть разделены. В пределах экономической целесообразности следует максимально отделять нерадиоактивные материалы (в соответствии с «Нормами радиационной безопасности НРБ-99» — вещества с удельной активностью менее 1-106 Бк/г). Хранить СМАК следует в индивидуальных ячейках (боксах, баках, отсеках, хранилищах в геологических структурах) в соответствии с химическим составом, классами ядерной, радиационной, токсической и пожарной опасности.

Разложенные по ячейкам в хранилищах, обеспеченные необходимыми системами безопасности и с соответствующими паспортами радиохимического состава, эти бывшие отходы ядерных технологий могут в течение десятков или сотен лет находиться в стадии склада сырьевых материалов.

Следует отметить, что изложенная идея — максимально возможного использования содержащихся в РАО веществ (топлива, радионуклидов) — не новая и воплощается во многих проектах (например, в программах получения химически чистых продуктов из ОЯТ, рециклирования трансплутониевых элементов и осколочного йода). Существуют и программы-прототипы. Например, для учета и контроля всех радионуклидов и химических элементов в технологических циклах ядерного цикла может послужить система контроля и учета ядерных материалов на предприятиях Минатома. Эта система методологически, программно и организационно уже достаточно разработана и в своем развитии может обеспечить учет и распределение по «ячейкам» в хранилищах отдельных изотопов, групп нуклидов и химических соединений, топлива с разной степенью очистки от осколочных и трансплутониевых элементов.



Организация работ со СМАК

Экологическое решение проблемы РАО должно рассматриваться как программа на ближайшие десятилетия. При этом на первом этапе для минимизации экономических затрат на ее выполнение акценты должны делаться на организацию учета движения основных химических веществ и радионуклидов во всех технологических цепочках. Специальные технологии для их разделения не применяют, а организуют паспортизацию всех нецелевых продуктов — отходов, перспективных СМАК. Требования к точности паспортизации на первом этапе минимальные. На следующем этапе возможно привлечение негосударственного капитала для организации надежного, безопасного и раздельного по группам СМАК хранения и утилизации. Начнется действие правила «экологичное — экономично».

Приведенная схема обращения со СМАК потребует проработки и уточнений, которые должны быть индивидуальными для разных производственных процессов и разных возможностей организации хранения. Переход от производства РАО к накоплению СМАК будут решаться поэтапно. Возможны следующие этапы:



минимизация объемов образующихся в настоящее время РАО (разделение потоков, — очистка стоков, сжигание, прессование и т.п.);
налаживание учета и паспортизация материалов при «сосуществовании» и РАО и СМАК, корректировка технологических процессов для организации разделения веществ;
организация безопасного хранения;
совершенствование экономичных методов разделения и выделения про- дуктов, повышение количества групп СМАК с разными потребительскими свойствами.
Классификацию СМАК в местах образования и налаживания учета всех радиоактивных и стабильных нуклидов, участвующих в технологических циклах, можно организовать в течение нескольких лет, хотя погрешность аналитических методов может быть и высокой. В некоторых технологиях потребуется совершенствование методик определения состава исходных и конечных продуктов.

Наибольших экономических затрат при осуществлении программы обращения со СМАК можно ожидать при разработке и строительстве хранилищ с индивидуальными «ячейками» для разных продуктов, отвечающих требованиям безопасности на предполагаемый срок хранения (априорно: 100-150 лет). Относительно малые объемы «отходов» в технологических процессах и целенаправленная работа по их дальнейшей минимизации (использование ионообменных, сорбционных и других методов очистки, межцеховые стимулирующие экономические санкции и т.д.) облегчат решение этой проблемы.

Предполагается, что длительность перехода от Концепции обращения с РАО к концепции накопления СМАК и затем — к концепции «ЯЭ без РАО» будет определяться направлением инвестиций в отрасль и эффективным их перераспределением (закрытие программ, связанных с «вечным« захоронением). Постепенность выполнения программ может предполагать разную их последовательность.

Так, ОЯТ, содержащее ядерное топливо в концентрациях выше кларковых, независимо от содержания в нем актинидов и продуктов деления, должно классифицироваться как СМАК. Потребуется его безопасное хранение до возникновения потребности и экономически выгодного использования. Производимые в настоящее время нецелевые продукты ядерных технологий уже начинают учитываться, паспортизоваться и по мере разработки технологий их безопасного хранения переводиться в разряд СМАК, а проектируемые технологические цепочки должны обеспечивать их выделение и хранение. По-видимому, переработка накопленных за предыдущие десятилетия РАО может быть отложена на 10-50 лет и поставлена задача их предварительной безопасной консервации с последующей трансформацией в экологически безопасные формы.

А между тем ОЯТ, выгружаемое в настоящее время из активных зон АЭС, рассматривается некоторыми толкователями закона РФ «Об охране окружающей природной среды» как радиоактивные отходы. В действительности ядерное топливо остается таковым, так как выгорание в нем тяжелых, то есть способных к делению атомов, составляет всего несколько процентов. Оболочки твэлов затрудняют обращение с ОЯТ, но не исключают возможности переработки и последующего повторного использования топлива в будущем. Оно может выдерживаться, дообогащаться или частично очищаться от нетопливной составляющей (которая также может быть востребована каким-то производственным циклом), и изготовленные из него тепловыделяющие сборки могут поступать на АЭС. Предложения об исключении ОЯТ из топливного цикла противоречат не только экономическим соображениям, но и основным законам экологии: отсутствует системный подход и не учитывается многообразие взаимосвязей, не сопоставляются риски, ресурсные материалы вместо использования предлагается длительно сохранять в качестве токсичных для природной среды материалов.



Социальные и экономические аспекты

Принятие социально-политической программы «ядерная энергетика — без РАО» и практическая технологическая работа над ее осуществлением снимают основные экологические ограничения на развитие атомной энергетики. Однако преодоление радиофобии потребует длительной воспитательной работы. Изменение понятий и терминов, разработка образовательных программ — первые шаги, предшествующие техническим разработкам.

Термин РАО вошел во многие законы, федеральные программы, положения и инструкции. Переход от концепции обращения с РАО к утилизации СМАК потребует изменения законодательной базы и руководящих документов, специальной учебно-воспитательной работы и изменения в психологии всех работающих и также не работающих в отрасли. Потребуется и разработка научных и экономических обоснований, планирование работ по практической реализации концепции, оптимизация существующих методов измерения количественных и радиационных параметров веществ в технологических цепочках и на выходе перед поступлением в хранилища. Необходимо и обоснование безопасности систем барьеров для длительного хранения различных групп СМАК. Предстоит разработка технических требований и методологии раздельного хранения групп СМАК с обеспечением всех требований пожарной, экологической, физической, радиационной, ядерной безопасности.

Контролируемое хранение СМАК, по предварительным оценкам и с учетом дисконтирования стоимости, должно быть дешевле захоронения РАО, так как процедуры подготовки РАО к захоронению и СМАК к хранению имеют близкую стоимость. Контролируемое на тысячи лет захоронение РАО однозначно дороже такого хранения в течение десятков или сотни лет СМАК. Извлечение товарных продуктов будущими поколениями из «могильников» обойдутся дороже, чем из хранилищ СМАК.


Опубликовано 29 сентября 2004 года




Нашли ошибку? Выделите её и нажмите CTRL+ENTER!

Публикатор (): maskaev

Искать похожие?

LIBRARY.BY+ЛибмонстрЯндексGoogle

Скачать мультимедию?

Выбор редактора LIBRARY.BY:

подняться наверх ↑

ДАЛЕЕ выбор читателей

Загрузка...
подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ

ЭКОЛОГИЯ НА LIBRARY.BY


Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY на Ютубе, в вКонтакте, Одноклассниках и Инстаграме чтобы быстро узнавать о лучших публикациях и важнейших событиях дня.