1. ЯДЕРНЫЕ "ОТХОДЫ"

2. ПЕРЕРАБОТКА ОТРАБОТАННОГО ТОПЛИВА

3. ВЫСОКОУРОВНЕВЫЕ ОТХОДЫ ПОСЛЕ ПЕРЕРАБОТКИ

4. РАЗМЕЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ОТРАБОТАННОГО ТОПЛИВА

5. РАЗМЕЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ОСТЕКЛОВАННЫХ ОТХОДОВ

6. СНИМАЕМЫЕ С ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТОРЫ

1. Ядерные "отходы"

Один из наиболее острых и волнующих сегодня общественность аспектов ядерного топливного цикла - это вопросы размещения и хранения радиоактивных отходов. Наиболее трудный из них - это вопрос о высокоуровневых отходах, в работе с которыми имеются два различных стратегических подхода: первый заключается в переработке исчерпанного топлива с целью отделения высокоуровневых отходов с их последующим остекловыванием (или битумированием) и захоронением, а второй заключается в прямом захоронении исчерпанных тепловыделяющих элементов вместе с содержащимися в них высокоуровневыми отходами.

Основные ядерные отходы остаются надежно "запертыми" в керамическом топливе для ядерных реакторов.

Как указывалось в главах 3 и 4, при "сжигании" ядерного топлива в реакторных установках образуются продукты деления, такие как изотопы бария, стронция, цезия, иода, криптона и ксенона (Ba, Sr, Cs, I, Kr, и Xe). Многие из образующихся изотопов накапливаются в пределах самого топлива. Они высоко радиоактивны, и соответственно, недолговечны.

Тогда как эти "малые" атомы формируются из расщепляющейся части топлива, изотопы плутония Pu-239, Pu-240 и Pu-241 *, а также и некоторые изотопы других трансурановых элементов, формируются из атомов U-238 в активной зоне ядерного реактора при поглощении ими нейтронов и последующим бета-распаде. Все эти изотопы радиоактивны и кроме расщепляющегося плутония, который "сжигается", остаются в исчерпанном топливе, когда его удаляют из реактора. Большинство трансурановых изотопов формирует долгоживущую часть высокоуровневых отходов.

Хотя предприятия ядерного топливного цикла и производят различные отходы, они тем не менее не являются промышленными "выбросами" в традиционном понимании этого слова. Их надежное хранение и размещение обеспечивает безопасность. Фактически, ядерная энергетика - единственная отрасль промышленности, которая берет полную ответственность за все свои отходы и полностью оплачивает расходы по их содержанию и утилизации. Кроме того, методы экспертного контроля, развитые в отношении отходов на гражданских ядерных объектах, теперь начинают применяться и к военной промышленности, которая действительно представляет реальную угрозу окружающей среде в некоторых частях мира.

Радиоактивные отходы включают в себя разновидность различных материалов, требующих различных подходов по их содержанию и хранению для предохранения людей и окружающей среды. Они обычно классифицируются как отходы низкого уровня, промежуточного уровня и высокого уровня, в соответствии с количеством и типом радиоактивности, содержащейся в них.

Другим фактором в работе с отходами является время, в течение которого они остаются опасными. Это время зависит от видов радиоактивных изотопов, содержащихся в них, и характеризуется периодом полураспада этих изотопов. Период полураспада - это время, ы течение которого данный радиоактивный изотоп теряют половину своей активности. После четырех периодов полураспада уровень активности снижается в 16 раз, а после восьми - в 256 раз.

Различные радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада от долей секунды до миллионов лет. Радиоактивность уменьшается со временем вследствие распада изотопов и превращения их в стабильные, не радиоактивные элементы.

Скорость распада изотопов обратно пропорциональна их периоду полураспада; чем меньше период полураспада, тем быстрее данные изотопы распадаются. Следовательно, чем выше уровень радиоактивности в некотором количестве материала, тем большее количество короткоживущих изотопов в нем содержится.

Три основных принципа используются в работе с радиоактивными отходами:

• "Концентрировать и изолировать"
• "Разбавлять и рассеивать"
• "Выдерживать и расщеплять".

Два первых принципа используются в работе и с нерадиоактивными отходами. Отходы концентрируются и изолируются, или (в очень малых количествах) разбавляются до приемлемых уровней и затем рассеиваются в окружающей среде. Принцип "выдерживать и расщеплять" относится только к радиоактивным отходам и означает, что отходы хранят в течение определенного времени, в течение которого их радиоактивность уменьшается благодаря естественному распаду изотопов.

В гражданском ядерном топливном цикле основное внимание уделяется высокоуровневым отходам, содержащим продукты деления и трансурановые элементы, которые образуются в процессе работы ядерного реактора.

Высокоуровневые отходы содержатся непосредственно в отработанном ядерном топливе или в продуктах его переработки. Так или иначе, их количество не слишком велико - ежегодно приблизительно 25-30 тонн исчерпанного топлива (или три кубометра остеклованных отходов) образуется в результате эксплуатации типичного легко-водного ядерного реактора мощностью 1000 МВт. Такое количество может быть эффективно и экономно изолировано. Уровень радиоактивности таких отходов быстро уменьшается (см. Рисунок 16A). Например, отработанные топливные элементы, извлеченные из легко-водного реактора, настолько радиоактивны, что испускают несколько сотен киловатт тепловой энергии, но год спустя это излучение уменьшается до пяти киловатт, а после пяти лет - всего один киловатт. Через 40 лет уровень радиоактивности в них падает, примерно, в тысячу раз.

После специальной переработки отработанного топлива, примерно 3% высокоуровневых отходов находятся в жидком состоянии и содержат "золу" от сгоревшего урана. Это высоко радиоактивные долгоживущие продукты деления урана и некоторые тяжелые элементы. Они производят значительное количество теплоты и требуют специального охлаждения. Такие отходы остекловывают специальными составами в небольшие капсулы, закладывают на промежуточное хранение с последующим долговременным размещением глубоко под землей. Такие принципы обращения с радиоактивными отходами приняты в Великобритании, Франции, Германии и Японии (см. также 5.2 и 5.3).

С другой стороны, если отработанное реакторное топливо не подвергается обработке, то все высоко радиоактивные изотопы остаются в нем. В этом случае с топливными элементами обращаются как с высокоуровневыми отходами. Такой прямой подход к работе с отработанным ядерным топливом принят в США и Швеции (см. 5.4).

Многие страны, включая Канаду, придерживаются различных концепций, выбирая между переработкой и прямым долговременным хранением отработанного ядерного топлива.