Переработка отработанного топлива

Их концентрация становится меньше малых количеств очень тяжелых "трансурановых" элементов типа америция и нептуния, которые имеют намного большие периоды полураспада. Хотя промежуток времени в тысячу лет достаточно велик с точки зрения человеческой жизни, тем не менее, размещение таких материалов должно осуществляться в устойчивых геологических формированиях, где геологическое время становится более значимым фактором. Даже время, необходимое для распада плутония, мало по сравнению с геологическими масштабами времени.     

Второй важный вывод, который следует из Рисунка 16B, состоит в том, что относительная радиоактивность отходов по прошествию 1000 лет является почти такой же, как и активность соответствующего количества урановой руды. При этом, токсичные компоненты урановой руды, выходя на поверхность земли, попадают в человеческий организм через пищевые цепочки. Остеклованные же отходы, которые хранятся глубоко под землей (до километра ниже уровня моря), в устойчивых геологических образованиях, не имеют никакого мыслимого шанса попасть в организм человека. (Это, однако, не означает, что поверхностные залежи урана опасны, поскольку количества, которые попадают в наш организм, очень малы.)     

Большинство стран, имеющих  собственные ядерные программы, осуществляют активную работу, нацеленную на поиск и исследование соответствующих мест для размещения отходов. Цель этой работы состоит в том, чтобы найти такие места размещения, которые имели бы множество барьеров до среды обитания человека. Некоторые из барьеров, как естественные, так и искусственные, состоят в следующем:

• Нерастворимая форма отходов (стекло, "синрок" или UO₂ , см. 5.3 и 5.4).
• Герметичное хранение в коррозионно-стойких емкостях.
• Бетонирование отходов для исключения воздействия на них грунтовых вод и возможных разрушений при подвижках земной коры.
• Размещение глубоко под землей (на глубине более 500 метров) в стабильных геологических структурах.

     Для возможного размещения отходов широко изучаются  два типа геологических пород - твердые  кристаллические скальные породы и  залежи каменной соли. Такие места имеются в нескольких странах, и в настоящее время осуществляется их детальная оценка. Большинство подходов предполагают использование обычной горнодобывающей техники для строительства соответствующих подземных шахт. Они должны иметь достаточно площади для размещения резервуаров в отделенных друг от друга полостях на различных уровнях или каким-либо иным способом. Одно их таких глубоких подземных хранилищ действует в США, но оно предназначено для хранения долгоживущих отходов военной промышленности.      

Задачи, которые решаются для выполнения такой работы, по существу технические. Существующая техника в горнодобывающей  промышленности, методы инженерного  проектирования вместе с контролем  температурных режимов и напряжений грунта, обеспечивают выполнение подобных работ с очень высоким качеством, обеспечивающим требуемый уровень безопасности. Кроме того, инженерные и организационные задачи обеспечения эффективной изоляции опасных материалов не являются новыми.     

Вопрос геологической  стабильности земных пород очень важен для обеспечения долгосрочной целостности хранилища отходов. На земном шаре имеется множество геологических структур, которые устойчивы уже на протяжении более 4,5 миллиардов лет, и вероятность существенных смещений пород в течение периода хранения (а это более тысячи лет) в таких местах близка к нулю.     

Хотя и предполагается, что глубокое геологическое размещение отходов атомной промышленности будет постоянным, тем не менее, при  возникновении необходимости их восстановления и использования будущими поколениями нет принципиальных проблем для того, чтобы сделать это возможным.      

Уместно сравнить токсичность  отходов атомной промышленности с ядовитыми отходами и газами, возникающими на современных индустриальных предприятиях каждый день. Мышьяк, например, обычно распределяется в окружающей среде в составе гербицидов и в обработанной древесине. В отличие от отходов атомной промышленности он имеет бесконечный срок токсичности. Далее, барий и хлор, который достаточно широко используется. Учитывая их реальные количества, можно утверждать, что они представляют гораздо большую опасность, чем отходы атомной промышленности.     

Можно утверждать, что  придет время, когда хранение высокоактивных отходов будет совершенно безопасным. Радиоактивные отходы, хотя и очень токсичны в момент своего появления, но, во-первых, их количество мало, а во-вторых, они не более опасны, чем другие, более знакомые нам, материалы. Но несмотря на это, они породили синдром современного общества "где угодно, но только не у меня во дворе". Мы с легкостью принимаем экономическую выгоду и пользу от современных технологий, но при этом предпочитаем чтобы кто-то другой имел дело с сопутствующими отходами, пусть даже и безопасными.     

Хотя сегодня каждая страна ответственна за хранение и переработку своих собственных отходов всех видов, тем не менее, рассматривается возможность создания международного хранилища отходов атомной промышленности. Австралия - это одна из немногих стран, в которой существуют очень благоприятные геологические условия для создания такого предприятия.

Природный аналог: Окло      

Хотя высокоактивные отходы современной ядерной энергетики еще не хранились настолько долго, чтобы наблюдать результаты такого хранения, этот процесс фактически уже происходил в естественных условиях, по крайней мере, в одном месте на земном шаре. В местечке Окло в Габоне (на западе Африки), около двух миллиардов лет назад, по крайней мере, 17 естественных ядерных реакторов начали работать в богатой залежами урановой руды местности. Каждый из них имел, приблизительно, по 20 кВт тепловой мощности. В то время концентрация U-235 в естественном уране составляла, примерно, 3.7 процента (вместо 0.7 процентов сегодня)^*.

     Естественные  цепные реакции, которые начались спонтанно  благодаря присутствию воды, действующей  как замедлитель, продолжались, приблизительно, два миллиона лет пока, наконец, не затухли. В течение этого времени в руде образовалось, приблизительно, 5.4 тонн продуктов деления, а также 1.5 тонны плутония вместе с другими трансурановыми элементами.      

Радиоактивные продукты деления давно распались и  превратились в стабильные элементы, а детальное изучение их количества и локализации показало, что имелось небольшое перемещение радиоактивных отходов, как в процессе, так и после прекращения ядерных реакций. Плутоний же и другие трансурановые элементы остались неподвижны. Это примечательно ввиду того, что грунтовые воды имели полный доступ к продуктам деления, а сами они не находились в химически инертной форме (т.е., говоря современным языком, не были остеклованы). Таким образом, продукты деления не перемещаются свободно в земной поверхности, даже в присутствии воды, из-за их адсорбции в глиняных породах.^**

     Таким образом, единственное известное "испытание" подземного хранилища отходов атомной промышленности в Окло оказалось успешным, несмотря на неблагоприятные характеристики этого места. Хотя глинистые почвы и играют важную роль в удержании отходов, такое затопленное, с песчаной структурой грунта место, даже не рассматривалось бы для размещения на нем современного хранилища каких-либо токсичных и, тем более, ядерных отходов.      

Однако, пример Окло побудил  ученых более детально изучать поведение  двуокиси урана в грунтовых водах  вместе с другими химическими элементами, присутствующими в руде (которые не подвергаются расщеплению). Эти исследования помогут в оценке длительной безопасности хранилищ для высокоактивных отходов. Аналогичные исследования проводятся вблизи залежей в Кунгарра (на севере Австралии).

Стоимость      

Наконец, важный вопрос о  стоимости. Организация экономического сотрудничества и развития опубликовала оценки затрат на размещение и хранение отходов с использованием известных  технологий, описанных выше. Согласно этим оценкам стоимость размещения и хранения отходов, вероятно, будет составлять от 0.03 до 0.17 центов за произведенный киловатт час электроэнергии для остеклованных высокоактивных отходов и от 0.04 до 0.18 центов для отработанного топлива (в ценах 1993 года). В США суммарные расходы (0.1 цента за киловатт час) на финансирование хранения отработанного топлива составили на конец 1999 года 16 миллиардов долларов США. Канадские производители собирают плату на будущее финансирование хранения отработанного топлива из расчета, приблизительно, 0.1 центов за киловатт час, и в 1997 году этот фонд составил 1.25 миллиардов канадских долларов. В Швеции это налог составляет, приблизительно, 0.3 центов за киловатт час, и идет на финансирование нормально функционирующего государственного хранилища радиоактивных отходов, и исследования в этой области.     

В заключении можно с  очевидностью отметить, что безопасное хранение радиоактивных отходов - это  существующая норма, что технологии хранения хорошо разработаны, что затраты  приемлемы и что полномасштабная демонстрация этого вскоре будет возможна в нескольких странах.

6. Снимаемые с эксплуатации реакторы      

Пока только более 300 ядерных реакторов  были сняты с эксплуатации, включая  около 80 гражданских энергетических реакторов. В недавние годы были закрыты лишь некоторые из больших реакторов, и только малые и средние реакторы (с мощностью до 330 МВт) были полностью уничтожены с использованием специального оборудования с дистанционным управлением. Отдельные их части были размещены на хранение вместе с другими отходами среднего уровня активности.      

Международное агентство  по атомной энергии выделяет три  подхода при снятии реакторов  с эксплуатации, которые приняты  во всем мире:

• Немедленный демонтаж (в США называют "Decon"): так называют мероприятия, которые следуют непосредственно после прекращения работы реактора. Обычно, дезактивация и демонтаж оборудования начинаются после нескольких месяцев или лет, в зависимости от типа оборудования. В последующем территория расположения атомной станции становится снова доступна для повторного использования. 
   
• Безопасная консервация (или "Safestor"): предполагает, что до окончательного демонтажа оборудования должен пройти значительно больший период времени, обычно от 40 до 60 лет. Оборудование при этом находится в условиях безопасной консервации. 
   
• Захоронение: означает, что демонтированное оборудование размещают на неограниченное специальное хранение, которое полностью исключает возможность утечек радиоактивности. При этом материалы, содержащие радиоактивные элементы, минимизируются в объеме и размещаются в бетонных структурах, исключающих какое либо попадание радиоактивности в окружающую среду.

     Нет никаких  критериев, по которым можно было бы отдать предпочтение какому-либо из этих подходов: каждый из них имеет свои выгоды и неудобства. В конечном счете, национальная политика государства определяет, какому подходу следовать. В случае немедленного демонтажа ответственность за последствия снятия с эксплуатации реакторов не перекладывается на плечи будущих поколений. Более того, в течение снятия с эксплуатации может использоваться опыт и навыки действующего штата станции. С другой стороны, безопасная консервация (или "Safestor") позволяет существенно уменьшить уровень остаточной радиоактивности и, таким образом, снизить радиационную опасность при процедурах демонтажа оборудования. Новые будущие технологии, несомненно, будут способствовать не только уменьшению рисков, но и стоимости проводимых работ.      

Приблизительно 99 % радиоактивности  в выработавшем свой ресурс ядерном реакторе, находится в отработанном топливе, которое удалятся на первой стадии. Наряду с возможными радиоактивными загрязнениями оборудования, имеется также наведенная активность, обусловленная воздействием нейтронных потоков на стальные конструкции реактора. В них появляются различные радиоактивные изотопы, такие как железо-55, кобальт-60, никель-63 и углерод-14. Первые два из них достаточно радиоактивны и их распад сопровождается испусканием гамма-излучения. Однако, период полураспада этих изотопов таков, что по прошествию 50 лет после завершения работы реактора, их радиоактивность уменьшается до безопасного уровня. В целом, через 100 лет после завершения работы реактора, уровень радиоактивности уменьшается в 100000 раз.     

Для снятия с эксплуатации реакторов  с газовым охлаждением на атомных  станциях в Шиньоне, Багги и Cен-Лоране, Франция осуществляет частичный  демонтаж на второй стадии, а окончательный (на третьей стадии) будет произведен через 50 лет. Поскольку в местах их размещения продолжают функционировать другие реакторы, то контроль над состоянием оборудования не увеличивает стоимости производимых работ.     

Германия выбрала более быстрый  способ прямого демонтажа для  закрытия атомной электростанции в  Грейфсвальд (бывшая Восточная Германия), на которой эксплуатировались пять реакторов. Аналогичным образом территория расположения атомной электростанции мощностью 100 МВт в Баварии была обещана в середине 1995 года для передачи в неограниченное сельскохозяйственное использование. Последующее удаление всех ядерных систем, систем радиационной защиты и некоторых материалов, содержащих наведенную активность, показало, что радиоактивность оставшихся объектов не превысило установленных пределов, и правительство одобрило окончательный демонтаж и очистку территории.