Радиоактивные отходы — это тип опасных отходов , которые содержат радиоактивные материалы . Радиоактивные отходы являются результатом многих видов деятельности, включая ядерную медицину , ядерные исследования , производство ядерной энергии , вывод из эксплуатации ядерных объектов , добычу редкоземельных металлов и переработку ядерного оружия . [1] Хранение и утилизация радиоактивных отходов регулируются государственными органами в целях защиты здоровья человека и окружающей среды.
Радиоактивные отходы в целом подразделяются на 3 категории: низкоактивные отходы (НАО), такие как бумага, тряпки, инструменты, одежда, которые содержат небольшое количество в основном короткоживущей радиоактивности; среднеактивные отходы (САО), которые содержат более высокое количество радиоактивности и требуют некоторой защиты; и высокоактивные отходы (ВАО), которые являются высокорадиоактивными и горячими из-за тепла распада, поэтому требуют охлаждения и защиты.
На заводах по переработке ядерных материалов около 96% отработанного ядерного топлива перерабатывается обратно в урановое и смешанное оксидное (МОКС) топливо . [2] Оставшиеся 4% — это второстепенные актиниды и продукты деления , последние из которых представляют собой смесь стабильных и быстро распадающихся (скорее всего, уже распавшихся в бассейне отработанного топлива ) элементов, среднеживущих продуктов деления, таких как стронций-90 и цезий-137 , и, наконец, семь долгоживущих продуктов деления с периодами полураспада от сотен тысяч до миллионов лет. Между тем второстепенные актиниды — это тяжелые элементы, отличные от урана и плутония, которые создаются путем захвата нейтронов . Их периоды полураспада составляют от нескольких лет до миллионов лет, и как альфа-излучатели они особенно радиотоксичны. Хотя есть предлагаемые — и в гораздо меньшей степени текущие — варианты использования всех этих элементов, переработка в коммерческих масштабах с использованием процесса PUREX утилизирует их как отходы вместе с продуктами деления. Затем отходы преобразуются в стекловидную керамику для хранения в глубоком геологическом хранилище .
Время, в течение которого должны храниться радиоактивные отходы, зависит от типа отходов и содержащихся в них радиоактивных изотопов. Краткосрочными подходами к хранению радиоактивных отходов были сегрегация и хранение на поверхности или вблизи поверхности земли. Захоронение в глубоком геологическом хранилище является предпочтительным решением для долгосрочного хранения высокоактивных отходов, в то время как повторное использование и трансмутация являются предпочтительными решениями для сокращения запасов ВАО. Границами для переработки отработанного ядерного топлива являются нормативные и экономические, а также проблема радиоактивного загрязнения , если процессы химического разделения не могут достичь очень высокой чистоты. Кроме того, элементы могут присутствовать как в полезных, так и в проблемных изотопах, что потребует дорогостоящего и энергоемкого разделения изотопов для их использования — в настоящее время неэкономичная перспектива.
Сводка объемов радиоактивных отходов и подходов к управлению ими для большинства развитых стран представляется и периодически пересматривается в рамках совместной конвенции Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). [3]
Количество радиоактивных отходов обычно состоит из ряда радионуклидов , которые являются нестабильными изотопами элементов, которые распадаются и тем самым испускают ионизирующее излучение , которое вредно для человека и окружающей среды. Различные изотопы испускают различные типы и уровни излучения, которые длятся в течение различных периодов времени.
Радиоактивность всех радиоактивных отходов ослабевает со временем. Все радионуклиды, содержащиеся в отходах, имеют период полураспада — время, необходимое для того, чтобы половина атомов распалась на другой нуклид . В конечном итоге все радиоактивные отходы распадаются на нерадиоактивные элементы (т. е. стабильные нуклиды ). Поскольку радиоактивный распад следует правилу периода полураспада, скорость распада обратно пропорциональна продолжительности распада. Другими словами, излучение от долгоживущего изотопа, такого как йод-129, будет намного менее интенсивным, чем от короткоживущего изотопа, такого как йод-131 . [4] В двух таблицах показаны некоторые из основных радиоизотопов, их периоды полураспада и их выход излучения как доля от выхода деления урана-235.
Энергия и тип ионизирующего излучения, испускаемого радиоактивным веществом, также являются важными факторами, определяющими его угрозу для человека. [5] Химические свойства радиоактивного элемента будут определять, насколько мобильно вещество и насколько вероятно, что оно распространится в окружающей среде и заразит людей. [6] Это еще больше осложняется тем фактом, что многие радиоизотопы не распадаются немедленно до стабильного состояния, а скорее образуют радиоактивные продукты распада в цепочке распада, прежде чем в конечном итоге достигнут стабильного состояния.
Воздействие радиоактивных отходов может вызвать последствия для здоровья из-за воздействия ионизирующего излучения. У людей доза в 1 зиверт несет 5,5% риска развития рака, [7] и регулирующие органы предполагают, что риск линейно пропорционален дозе даже для низких доз. Ионизирующее излучение может вызывать делеции в хромосомах. [8] Если облучается развивающийся организм, такой как плод , возможно, может быть вызван врожденный дефект , но маловероятно, что этот дефект будет в гамете или гаметообразующей клетке . Частота мутаций, вызванных радиацией, у людей невелика, как и у большинства млекопитающих, из-за естественных механизмов клеточного восстановления, многие из которых только сейчас стали известны. Эти механизмы варьируются от восстановления ДНК, мРНК и белков до внутреннего лизосомного переваривания дефектных белков и даже вызванного самоубийства клеток — апоптоза [9]
В зависимости от режима распада и фармакокинетики элемента (как организм его перерабатывает и как быстро), угроза, вызванная воздействием данной активности радиоизотопа, будет различаться. Например, йод-131 является короткоживущим бета- и гамма- излучателем, но поскольку он концентрируется в щитовидной железе, он более способен вызвать повреждение, чем цезий -137, который, будучи водорастворимым , быстро выводится с мочой. Аналогичным образом, альфа -излучающие актиниды и радий считаются очень вредными, поскольку они, как правило, имеют длительные биологические периоды полураспада , а их излучение имеет высокую относительную биологическую эффективность , что делает его гораздо более разрушительным для тканей на количество выделенной энергии. Из-за таких различий правила определения биологического повреждения сильно различаются в зависимости от радиоизотопа, времени воздействия, а иногда также от природы химического соединения, которое содержит радиоизотоп.
Радиоактивные отходы поступают из ряда источников. В странах с атомными электростанциями, ядерным оружием или заводами по переработке ядерного топлива большая часть отходов поступает из ядерного топливного цикла и переработки ядерного оружия. Другие источники включают медицинские и промышленные отходы, а также природные радиоактивные материалы (NORM), которые могут концентрироваться в результате переработки или потребления угля, нефти и газа, а также некоторых минералов, как обсуждается ниже.
Отходы с начальной стадии ядерного топливного цикла — это обычно альфа-излучающие отходы от добычи урана. Они часто содержат радий и продукты его распада.
Концентрат диоксида урана (UO 2 ), добываемый в шахтах, примерно в тысячу раз радиоактивнее гранита, используемого в зданиях. Его очищают от желтого кека (U 3 O 8 ), затем преобразуют в газ гексафторида урана (UF 6 ). В виде газа он подвергается обогащению для увеличения содержания U-235 с 0,7% до примерно 4,4% (НОУ). Затем его превращают в твердый керамический оксид (UO 2 ) для сборки в качестве топливных элементов реактора. [15]
Основным побочным продуктом обогащения является обедненный уран (DU), в основном изотоп U-238 , с содержанием U-235 ~0,3%. Он хранится либо как UF6 , либо как U3O8 . Некоторое количество используется в приложениях, где его чрезвычайно высокая плотность делает его ценным, например, в противотанковых снарядах , и, по крайней мере, в одном случае даже в киле парусника . [16] Он также используется с плутонием для изготовления смешанного оксидного топлива (МОКС) и для разбавления или разбавления высокообогащенного урана из оружейных запасов, который теперь перенаправляется в качестве реакторного топлива.
Конечная часть ядерного топливного цикла, в основном отработанные топливные стержни , содержит продукты деления , которые испускают бета- и гамма-излучение, и актиниды, которые испускают альфа-частицы , такие как уран-234 (период полураспада 245 тысяч лет), нептуний-237 (2,144 миллиона лет), плутоний-238 (87,7 лет) и америций-241 (432 года), а иногда даже некоторые нейтронные излучатели, такие как калифорний (период полураспада 898 лет для калифорния-251). Эти изотопы образуются в ядерных реакторах .
Важно различать переработку урана для производства топлива от переработки использованного топлива. Использованное топливо содержит высокорадиоактивные продукты деления (см. высокоактивные отходы ниже). Многие из них являются поглотителями нейтронов, называемыми в этом контексте нейтронными ядами . Они в конечном итоге накапливаются до уровня, на котором они поглощают так много нейтронов, что цепная реакция останавливается, даже если стержни управления полностью удалены из реактора. В этот момент топливо должно быть заменено в реакторе свежим топливом, хотя в нем все еще присутствует значительное количество урана-235 и плутония . В Соединенных Штатах это использованное топливо обычно «хранится», в то время как в других странах, таких как Россия, Великобритания, Франция, Япония и Индия, топливо перерабатывается для удаления продуктов деления, и затем топливо может быть повторно использовано. [17] Продукты деления, удаленные из топлива, представляют собой концентрированную форму высокоактивных отходов, как и химикаты, используемые в этом процессе. В то время как большинство стран перерабатывают топливо, используя одиночные циклы переработки плутония, Индия планирует многократные схемы переработки плутония [18] , а Россия придерживается замкнутого цикла. [19]
Использование различных видов топлива в ядерных реакторах приводит к различному составу отработанного ядерного топлива (ОЯТ) с различными кривыми активности. Наиболее распространенным материалом является U-238 с другими изотопами урана, другими актинидами, продуктами деления и продуктами активации. [20]
Долгоживущие радиоактивные отходы из конечной стадии топливного цикла особенно актуальны при разработке полного плана управления отходами для ОЯТ. При рассмотрении долгосрочного радиоактивного распада актиниды в ОЯТ оказывают значительное влияние из-за их характерно длительных периодов полураспада. В зависимости от того, каким топливом заправляется ядерный реактор , состав актинидов в ОЯТ будет различным.
Примером этого эффекта является использование ядерного топлива с торием . Th-232 является воспроизводящим материалом, который может подвергаться реакции захвата нейтронов и двум бета-минус-распадам, что приводит к образованию делящегося U-233 . ОЯТ цикла с торием будет содержать U-233. Его радиоактивный распад будет сильно влиять на долгосрочную кривую активности ОЯТ в течение примерно миллиона лет. Сравнение активности, связанной с U-233 для трех различных типов ОЯТ, можно увидеть на рисунке вверху справа. Сгоревшее топливо представляет собой торий с реакторным плутонием (RGPu), торий с оружейным плутонием (WGPu) и смешанное оксидное топливо (MOX, без тория). Для RGPu и WGPu можно увидеть начальное количество U-233 и его распад в течение примерно миллиона лет. Это оказывает влияние на общую кривую активности трех типов топлива. Первоначальное отсутствие U-233 и его дочерних продуктов в MOX-топливе приводит к более низкой активности в области 3 рисунка в правом нижнем углу, тогда как для RGPu и WGPu кривая поддерживается выше из-за присутствия U-233, который не полностью распался. Ядерная переработка может удалить актиниды из отработанного топлива, чтобы их можно было использовать или уничтожить (см. Долгоживущие продукты деления § Актиниды ).
Поскольку уран и плутоний являются материалами ядерного оружия , существуют проблемы с распространением. Обычно (в отработанном ядерном топливе) плутоний является реакторным плутонием . В дополнение к плутонию-239 , который очень подходит для создания ядерного оружия, он содержит большое количество нежелательных загрязняющих веществ: плутоний-240 , плутоний-241 и плутоний-238 . Эти изотопы чрезвычайно трудно разделить, и существуют более экономически эффективные способы получения расщепляющегося материала (например, обогащение урана или специальные реакторы для производства плутония). [21]
Высокоактивные отходы полны высокорадиоактивных продуктов деления , большинство из которых относительно недолговечны. Это вызывает беспокойство, поскольку если отходы хранятся, возможно, в глубоком геологическом хранилище, в течение многих лет продукты деления распадаются, снижая радиоактивность отходов и делая плутоний более доступным. Нежелательный загрязнитель Pu-240 распадается быстрее, чем Pu-239, и, таким образом, качество материала для бомбы со временем повышается (хотя его количество также уменьшается в течение этого времени). Таким образом, некоторые утверждают, что с течением времени эти глубокие хранилища имеют потенциал стать «плутониевыми рудниками», из которых материал для ядерного оружия может быть получен с относительно небольшими трудностями. Критики последней идеи указали на сложность извлечения полезного материала из герметичных глубоких хранилищ, что делает другие методы предпочтительными. В частности, высокая радиоактивность и тепло (80 °C в окружающей породе) значительно увеличивают сложность разработки хранилища, а требуемые методы обогащения требуют высоких капитальных затрат. [22]
Pu-239 распадается до U-235, который пригоден для оружия и имеет очень долгий период полураспада (примерно 10 9 лет). Таким образом, плутоний может распадаться и оставлять уран-235. Однако современные реакторы лишь умеренно обогащены U-235 относительно U-238, поэтому U-238 продолжает служить денатурирующим агентом для любого U-235, образующегося при распаде плутония.
Одним из решений этой проблемы является переработка плутония и его использование в качестве топлива, например, в быстрых реакторах . В пирометаллургических быстрых реакторах разделенные плутоний и уран загрязнены актинидами и не могут быть использованы для ядерного оружия.
Отходы от вывода из эксплуатации ядерного оружия вряд ли будут содержать много бета- или гамма-активности, кроме трития и америция . Они, скорее всего, будут содержать альфа-излучающие актиниды, такие как Pu-239, который является расщепляющимся материалом, используемым в ядерных бомбах, а также некоторые материалы с гораздо более высокой удельной активностью, такие как Pu-238 или Po.
В прошлом нейтронным триггером для атомной бомбы обычно служили бериллий и высокоактивный альфа-излучатель, такой как полоний ; альтернативой полонию является Pu-238 . По соображениям национальной безопасности подробности конструкции современных ядерных бомб обычно не публикуются в открытой литературе.
Некоторые конструкции могут содержать радиоизотопный термоэлектрический генератор, использующий Pu-238, чтобы обеспечить долговременный источник электроэнергии для электроники устройства.
Вероятно, что расщепляющийся материал старой ядерной бомбы, которая подлежит переоборудованию, будет содержать продукты распада изотопов плутония, используемых в ней. Они, вероятно, будут включать U-236 из примесей Pu-240 и некоторое количество U-235 от распада Pu-239; из-за относительно длительного периода полураспада этих изотопов Pu, эти отходы от радиоактивного распада материала ядра бомбы будут очень малы и в любом случае гораздо менее опасны (даже с точки зрения простой радиоактивности), чем сам Pu-239.
Бета-распад Pu-241 образует Am-241 ; рост америция, вероятно, будет большей проблемой, чем распад Pu-239 и Pu-240, поскольку америций является гамма-излучателем (увеличивая внешнее воздействие на рабочих) и альфа-излучателем, что может вызвать выделение тепла . Плутоний можно отделить от америция несколькими различными процессами; они включают пирохимические процессы и экстракцию водным/органическим растворителем . Усеченный процесс экстракции типа PUREX может быть одним из возможных методов разделения. Встречающийся в природе уран не является расщепляющимся, поскольку он содержит 99,3% U-238 и только 0,7% U-235.
Из-за исторической деятельности, обычно связанной с радиевой промышленностью, добычей урана и военными программами, многочисленные объекты содержат или загрязнены радиоактивностью. Только в Соединенных Штатах Министерство энергетики (DOE) заявляет, что существуют «миллионы галлонов радиоактивных отходов», а также «тысячи тонн отработанного ядерного топлива и материалов», а также «огромные количества загрязненной почвы и воды». [23] Несмотря на обильные количества отходов, в 2007 году DOE заявило о цели успешной очистки всех в настоящее время загрязненных объектов к 2025 году. [23] Например, на объекте в Ферналде , штат Огайо, было «31 миллион фунтов уранового продукта», «2,5 миллиарда фунтов отходов», «2,75 миллиона кубических ярдов загрязненной почвы и мусора», а «223 акра подстилающего водоносного горизонта Большого Майами имели уровни урана выше питьевых стандартов». [23] В Соединенных Штатах есть по крайней мере 108 объектов, обозначенных как загрязненные и непригодные для использования, иногда многие тысячи акров. [23] [24] DOE хочет очистить или смягчить многие или все к 2025 году, используя недавно разработанный метод геоплавления , [ нужна ссылка ] однако эта задача может быть сложной, и оно признает, что некоторые из них никогда не будут полностью восстановлены. Только в одном из этих 108 крупных назначений, Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), было, например, по крайней мере «167 известных мест выброса загрязняющих веществ» в одном из трех подразделений участка площадью 37 000 акров (150 км 2 ). [23] Некоторые из участков в США были меньше по своей природе, однако проблемы очистки было проще решать, и DOE успешно завершило очистку или, по крайней мере, закрытие нескольких участков. [23]
Радиоактивные медицинские отходы , как правило, содержат бета-частицы и гамма- излучатели. Их можно разделить на два основных класса. В диагностической ядерной медицине используется ряд короткоживущих гамма-излучателей, таких как технеций-99m . Многие из них можно утилизировать, оставив их распадаться на короткое время перед утилизацией как обычные отходы. Другие изотопы, используемые в медицине, с периодами полураспада в скобках, включают:
Отходы промышленного источника могут содержать альфа-, бета- , нейтронные или гамма-излучатели. Гамма-излучатели используются в радиографии, в то время как источники нейтронного излучения используются в ряде приложений, таких как каротаж нефтяных скважин . [25]
Вещества, содержащие естественную радиоактивность, известны как NORM (природный радиоактивный материал). После обработки человеком, которая выставляет или концентрирует эту естественную радиоактивность (например, добыча угля, вынос его на поверхность или сжигание его для получения концентрированной золы), он становится технологически улучшенным природным радиоактивным материалом (TENORM). [27] Большая часть этих отходов представляет собой вещество, испускающее альфа-частицы из цепочек распада урана и тория. Основным источником радиации в организме человека является калий -40 ( 40 K ), обычно 17 миллиграммов в организме за раз и 0,4 миллиграмма/день потребления. [28] Большинство пород, особенно гранита , имеют низкий уровень радиоактивности из-за содержащихся калия-40, тория и урана.
Обычно варьируясь от 1 миллизиверта (мЗв) до 13 мЗв в год в зависимости от местоположения, средняя доза облучения от природных радиоизотопов составляет 2,0 мЗв на человека в год во всем мире. [29] Это составляет большую часть типичной общей дозы (со средним годовым облучением от других источников, составляющим 0,6 мЗв от медицинских тестов, усредненных по всему населению, 0,4 мЗв от космических лучей , 0,005 мЗв от наследия прошлых атмосферных ядерных испытаний, 0,005 мЗв профессионального облучения, 0,002 мЗв от Чернобыльской катастрофы и 0,0002 мЗв от ядерного топливного цикла). [29]
TENORM не регулируется столь строго, как отходы ядерных реакторов, хотя существенных различий в радиологических рисках этих материалов нет. [30]
Уголь содержит небольшое количество радиоактивного урана, бария, тория и калия, но в случае чистого угля это значительно меньше средней концентрации этих элементов в земной коре . Окружающие слои, если это сланец или аргиллит, часто содержат немного больше, чем в среднем, и это также может быть отражено в зольности «грязных» углей. [26] [31] Более активные минералы золы концентрируются в летучей золе именно потому, что они плохо горят. [26] Радиоактивность летучей золы примерно такая же, как у черного сланца , и меньше, чем у фосфатных пород, но вызывает больше беспокойства, потому что небольшое количество летучей золы попадает в атмосферу, где ее можно вдохнуть. [32] Согласно отчетам Национального совета США по радиационной защите и измерениям (NCRP), облучение населения от электростанций мощностью 1000 МВт составляет 490 человеко-бэр/год для угольных электростанций, что в 100 раз больше, чем для атомных электростанций (4,8 человеко-бэр/год). Облучение от полного ядерного топливного цикла от добычи до утилизации отходов составляет 136 человеко-бэр/год; соответствующее значение для использования угля от добычи до утилизации отходов «вероятно неизвестно». [26]
Остатки нефтегазовой промышленности часто содержат радий и продукты его распада. Сульфатная накипь из нефтяной скважины может быть богата радием, в то время как вода, нефть и газ из скважины часто содержат радон . Радон распадается, образуя твердые радиоизотопы, которые образуют покрытия на внутренней стороне трубопроводов. На нефтеперерабатывающем заводе участок завода, где перерабатывается пропан , часто является одним из наиболее загрязненных участков завода, поскольку радон имеет схожую температуру кипения с пропаном. [33]
Радиоактивные элементы представляют собой промышленную проблему в некоторых нефтяных скважинах, где рабочие, работающие в прямом контакте с сырой нефтью и рассолом, могут подвергаться дозам, имеющим негативные последствия для здоровья. Из-за относительно высокой концентрации этих элементов в рассоле его утилизация также является технологической проблемой. Однако с 1980-х годов в Соединенных Штатах рассол освобожден от правил опасных отходов и может быть утилизирован независимо от содержания радиоактивных или токсичных веществ. [34]
Из-за естественного присутствия радиоактивных элементов, таких как торий и радий, в редкоземельной руде , горнодобывающие работы также приводят к образованию отходов и месторождений полезных ископаемых, которые являются слаборадиоактивными. [35]
Классификация радиоактивных отходов различается в зависимости от страны. МАГАТЭ, которое публикует Стандарты безопасности радиоактивных отходов (RADWASS), также играет важную роль. [36] Доля различных типов отходов, образующихся в Великобритании: [37]
Урановые хвосты — это отходы, побочные продукты, оставшиеся после грубой переработки урансодержащей руды . Они не являются существенно радиоактивными. Хвосты обогащения иногда называют отходами 11(e)2 , согласно разделу Закона США об атомной энергии 1946 года, который их определяет. Хвосты обогащения урана обычно также содержат химически опасные тяжелые металлы, такие как свинец и мышьяк . Огромные кучи хвостов обогащения урана остаются на многих старых участках добычи, особенно в Колорадо , Нью-Мексико и Юте .
Хотя хвосты обогатительных фабрик не очень радиоактивны, у них долгий период полураспада. Хвосты обогатительных фабрик часто содержат радий, торий и следовые количества урана. [38]
Низкоактивные отходы (LLW) образуются в больницах и промышленности, а также в ядерном топливном цикле . Низкоактивные отходы включают бумагу, тряпки, инструменты, одежду, фильтры и другие материалы, которые содержат небольшие количества в основном короткоживущей радиоактивности. Материалы, которые происходят из любого региона Активной зоны, обычно обозначаются как LLW в качестве меры предосторожности, даже если существует лишь отдаленная вероятность заражения радиоактивными материалами. Такие LLW обычно не проявляют более высокой радиоактивности, чем можно было бы ожидать от того же материала, утилизированного в неактивной зоне, такой как обычное офисное здание. Пример LLW включает ветошь для протирки, швабры, медицинские трубки, туши лабораторных животных и многое другое. [39] LLW составляют 94% от всего объема радиоактивных отходов в Великобритании. Большая их часть утилизируется в Камбрии , сначала в траншеях типа свалок, а теперь с использованием залитых металлическими контейнеров, которые укладываются в бетонные хранилища. Новым местом на севере Шотландии является участок Дунрей , который готов выдержать цунами высотой 4 м. [1] [1]
Некоторые высокоактивные LLW требуют экранирования во время обработки и транспортировки, но большинство LLW подходят для неглубокого захоронения в земле. Чтобы уменьшить их объем, их часто уплотняют или сжигают перед утилизацией. Низкоактивные отходы делятся на четыре класса: класс A , класс B , класс C и больше, чем класс C ( GTCC ).
Среднеактивные отходы (СРО) содержат большее количество радиоактивности по сравнению с низкоактивными отходами. Обычно они требуют экранирования, но не охлаждения. [40] Среднеактивные отходы включают смолы , химический шлам и металлическую оболочку ядерного топлива , а также загрязненные материалы от вывода из эксплуатации реакторов. Они могут быть затвердевшими в бетоне или битуме или смешанными с кварцевым песком и остеклованными для утилизации. Как правило, короткоживущие отходы (в основном нетопливные материалы из реакторов) захораниваются в неглубоких хранилищах, в то время как долгоживущие отходы (от топлива и переработки топлива) размещаются в геологических хранилищах. Правила в Соединенных Штатах не определяют эту категорию отходов; этот термин используется в Европе и других странах. СРО составляют 6% от всего объема радиоактивных отходов в Великобритании. [1]
Высокоактивные отходы (ВАО) производятся ядерными реакторами и переработкой ядерного топлива. [41] Точное определение ВАО различается в разных странах. После того, как ядерный топливный стержень отработает один топливный цикл и будет извлечен из активной зоны, он будет считаться ВАО. [42] Отработанные топливные стержни содержат в основном уран с продуктами деления и трансурановыми элементами, образующимися в активной зоне реактора . Отработанное топливо является высокорадиоактивным и часто горячим. ВАО составляют более 95% от общей радиоактивности, производимой в процессе производства электроэнергии на АЭС , но они составляют менее 1% от объема всех радиоактивных отходов, производимых в Великобритании. В целом, 60-летняя ядерная программа в Великобритании до 2019 года произвела 2150 м 3 ВАО. [1]
Радиоактивные отходы от отработанных топливных стержней в основном состоят из цезия-137 и стронция-90, но они также могут включать плутоний, который можно считать трансурановыми отходами. [38] Периоды полураспада этих радиоактивных элементов могут различаться весьма существенно. Некоторые элементы, такие как цезий-137 и стронций-90, имеют период полураспада около 30 лет. Между тем, период полураспада плутония может достигать 24 000 лет. [38]
Количество ВАО во всем мире увеличивается примерно на 12 000 тонн в год. [43] Атомная электростанция мощностью 1000 мегаватт производит около 27 тонн отработанного ядерного топлива (непереработанного) каждый год. [44] Для сравнения, количество золы, производимой угольными электростанциями в Соединенных Штатах, оценивается в 130 000 000 тонн в год [45] , а летучая зола, по оценкам, выделяет в 100 раз больше радиации, чем эквивалентная атомная электростанция. [46]
В 2010 году было подсчитано, что в мире хранилось около 250 000 тонн ядерных ВАО. [47] Это не включает объемы, которые попали в окружающую среду в результате аварий или испытаний. По оценкам, в 2015 году в Японии хранилось 17 000 тонн ВАО. [48] По состоянию на 2019 год в Соединенных Штатах было более 90 000 тонн ВАО. [49] ВАО были отправлены в другие страны для хранения или переработки и, в некоторых случаях, отправлены обратно в качестве активного топлива.
Продолжающиеся споры по поводу утилизации высокоактивных радиоактивных отходов являются основным ограничением для глобального расширения ядерной энергетики. [50] Большинство ученых сходятся во мнении, что основным предлагаемым долгосрочным решением является глубокое геологическое захоронение, либо в шахте, либо в глубокой скважине. [51] [52] По состоянию на 2019 год не существует ни одного специализированного гражданского хранилища высокоактивных ядерных отходов [50], поскольку небольшие объемы ВАО не оправдывали инвестиций в прошлом. Финляндия находится на продвинутой стадии строительства хранилища отработанного ядерного топлива Онкало , которое планируется открыть в 2025 году на глубине 400–450 м. Франция находится на этапе планирования объекта Cigeo глубиной 500 м в Буре. Швеция планирует площадку в Форсмарке . Канада планирует построить объект глубиной 680 м около озера Гурон в Онтарио. Республика Корея планирует открыть площадку около 2028 года. [1] По состоянию на 2020 год площадка в Швеции пользуется 80% поддержкой местных жителей. [53]
Объект Morris Operation в округе Гранди, штат Иллинойс , в настоящее время является единственным фактическим местом хранения высокоактивных радиоактивных отходов в Соединенных Штатах.
Трансурановые отходы (TRUW), как определено в нормативных актах США, — это отходы, независимо от формы или происхождения, загрязненные альфа-излучающими трансурановыми радионуклидами с периодом полураспада более 20 лет и концентрацией более 100 нКи /г (3,7 МБк /кг), за исключением высокоактивных отходов. Элементы, имеющие атомный номер больше урана, называются трансурановыми («за ураном»). Из-за их длительного периода полураспада TRUW утилизируются более осторожно, чем отходы низкого или среднего уровня активности. В Соединенных Штатах они возникают в основном при производстве ядерного оружия и состоят из одежды, инструментов, тряпок, остатков, мусора и других предметов, загрязненных небольшими количествами радиоактивных элементов (в основном плутония ).
Согласно законодательству США, трансурановые отходы далее подразделяются на «контактно-обрабатываемые» (CH) и «дистанционно-обрабатываемые» (RH) на основе мощности дозы радиации, измеренной на поверхности контейнера с отходами. CH TRUW имеет мощность дозы на поверхности не более 200 мбэр в час (2 мЗв/ч), тогда как RH TRUW имеет мощность дозы на поверхности 200 мбэр/ч (2 мЗв/ч) или больше. CH TRUW не имеет очень высокой радиоактивности высокоактивных отходов, ни их высокого тепловыделения, но RH TRUW может быть высокорадиоактивным, с мощностью дозы на поверхности до 1 000 000 мбэр/ч (10 000 мЗв/ч). В настоящее время Соединенные Штаты утилизируют TRUW, произведенные на военных объектах, на пилотном заводе по изоляции отходов (WIPP) в глубокой соляной формации в Нью-Мексико . [54]
Будущий способ сократить накопление отходов — это постепенный отказ от нынешних реакторов в пользу реакторов поколения IV , которые производят меньше отходов на единицу вырабатываемой энергии. Быстрые реакторы, такие как БН-800 в России, также могут потреблять МОКС-топливо, которое производится из переработанного отработанного топлива традиционных реакторов. [55]
В 2014 году Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов Великобритании опубликовало позиционный документ о ходе работы по управлению выделенным плутонием, в котором суммируются выводы работы, которой Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов поделилось с правительством Великобритании. [56]
Особую озабоченность при обращении с ядерными отходами вызывают два долгоживущих продукта деления, Tc-99 (период полураспада 220 000 лет) и I-129 (период полураспада 15,7 миллионов лет), которые доминируют в радиоактивности отработанного топлива спустя несколько тысяч лет. Наиболее проблемными трансурановыми элементами в отработанном топливе являются Np-237 (период полураспада два миллиона лет) и Pu-239 (период полураспада 24 000 лет). [57] Ядерные отходы требуют сложной обработки и управления, чтобы успешно изолировать их от взаимодействия с биосферой . Обычно это требует обработки, за которой следует долгосрочная стратегия управления, включающая хранение, утилизацию или преобразование отходов в нетоксичную форму. [58] Правительства по всему миру рассматривают ряд вариантов управления отходами и их утилизации, хотя прогресс в направлении долгосрочных решений по управлению отходами был ограничен. [59]
Было исследовано несколько методов утилизации радиоактивных отходов: [62]
В Соединенных Штатах политика управления отходами была нарушена с окончанием работ по незавершенному репозиторию Yucca Mountain . [64] В настоящее время существует 70 площадок атомных электростанций, где хранится отработанное топливо . Президент США Обама назначил Blue Ribbon Commission для изучения будущих вариантов для этого и будущих отходов. Глубокое геологическое хранилище, по-видимому, является предпочтительным. [64]
Ducrete , Saltcrete и Synroc — это методы иммобилизации ядерных отходов.
Долгосрочное хранение радиоактивных отходов требует стабилизации отходов в форме, которая не будет ни реагировать, ни разлагаться в течение длительного времени. Предполагается, что одним из способов сделать это может быть остекловывание . [65] В настоящее время в Селлафилде высокоактивные отходы ( рафинат первого цикла PUREX ) смешивают с сахаром , а затем прокаливают. Прокаливание включает пропускание отходов через нагретую вращающуюся трубку. Целью прокаливания является испарение воды из отходов и денитрация продуктов деления для повышения стабильности получаемого стекла. [66]
Полученный «кальцин» непрерывно подается в индукционную нагреваемую печь с фрагментированным стеклом . [67] Полученное стекло представляет собой новое вещество, в котором отходы связываются в стеклянную матрицу при затвердевании. В виде расплава этот продукт заливается в цилиндрические контейнеры из нержавеющей стали («цилиндры») в периодическом процессе. При охлаждении жидкость затвердевает («стеклуется») в стекло. После формирования стекло обладает высокой устойчивостью к воде. [68]
После заполнения цилиндра на головку цилиндра приваривается уплотнение . Затем цилиндр промывается. После проверки на наличие внешних загрязнений стальной цилиндр хранится, как правило, в подземном хранилище. В таком виде отходы, как ожидается, будут иммобилизованы на тысячи лет. [69]
Стекло внутри цилиндра обычно представляет собой черное глянцевое вещество. Вся эта работа (в Соединенном Королевстве) выполняется с использованием систем горячих камер . Сахар добавляется для контроля химии рутения и для прекращения образования летучего RuO 4 , содержащего радиоактивные изотопы рутения . На Западе стекло обычно представляет собой боросиликатное стекло (похожее на Pyrex ), в то время как в бывшем Советском Союзе обычно используют фосфатное стекло . [70] Количество продуктов деления в стекле должно быть ограничено, поскольку некоторые из них ( палладий , другие металлы группы Pt и теллур ) имеют тенденцию образовывать металлические фазы, которые отделяются от стекла. Массовая витрификация использует электроды для плавления почвы и отходов, которые затем закапываются под землю. [71] В Германии завод по витрификации обрабатывает отходы с небольшого демонстрационного завода по переработке, который с тех пор был закрыт. [66] [72]
Витрификация — не единственный способ стабилизировать отходы в форме, которая не будет реагировать или разлагаться в течение длительного времени. Также используется иммобилизация путем прямого включения в кристаллическую керамическую основу на основе фосфата. [73] Разнообразная химия фосфатной керамики в различных условиях демонстрирует универсальный материал, который может выдерживать химическую, термическую и радиоактивную деградацию с течением времени. Свойства фосфатов, особенно керамических фосфатов, такие как стабильность в широком диапазоне pH, низкая пористость и минимизация вторичных отходов, открывают возможности для новых методов иммобилизации отходов.
Обычно среднеактивные отходы в ядерной промышленности обрабатываются ионным обменом или другими способами для концентрации радиоактивности в небольшом объеме. Гораздо менее радиоактивная масса (после обработки) часто затем выгружается. Например, можно использовать хлопья гидроксида железа для удаления радиоактивных металлов из водных смесей. [74] После того, как радиоизотопы абсорбируются гидроксидом железа, полученный шлам можно поместить в металлический барабан перед смешиванием с цементом для образования твердых отходов. [75] Чтобы получить лучшую долгосрочную производительность (механическую стабильность) от таких форм, они могут быть изготовлены из смеси летучей золы или доменного шлака и портландцемента вместо обычного бетона (изготовленного из портландцемента, гравия и песка).
Австралийский Synroc (синтетическая порода) является более сложным способом иммобилизации таких отходов, и этот процесс может в конечном итоге войти в коммерческое использование для гражданских отходов (в настоящее время он разрабатывается для военных отходов США). Synroc был изобретен Тедом Рингвудом, геохимиком из Австралийского национального университета . [76] Synroc содержит минералы типа пирохлора и криптомелана. Первоначальная форма Synroc (Synroc C) была разработана для жидких высокоактивных отходов (рафинат PUREX) из легководного реактора . Основными минералами в этом Synroc являются голландит (BaAl 2 Ti 6 O 16 ), цирконолит (CaZrTi 2 O 7 ) и перовскит (CaTiO 3 ). Цирконолит и перовскит являются хозяевами для актинидов . Стронций и барий будут зафиксированы в перовските. Цезий будет зафиксирован в голландите. Строительство завода по переработке отходов Synroc началось в 2018 году в ANSTO . [77]
Временные рамки, о которых идет речь при работе с радиоактивными отходами, составляют от 10 000 до 1 000 000 лет [78] согласно исследованиям, основанным на эффекте предполагаемых доз радиации. [79] Исследователи предполагают, что прогнозы ущерба для здоровья на такие периоды следует критически рассматривать. [80] [81] Практические исследования рассматривают только период до 100 лет, если речь идет об эффективном планировании [82] и оценке затрат [83] . Долгосрочное поведение радиоактивных отходов остается предметом текущих исследовательских проектов в области геопрогнозирования . [84]
Водоросли показали селективность к стронцию в исследованиях, где большинство растений, используемых в биоремедиации, не показали селективности между кальцием и стронцием, часто насыщаясь кальцием, который присутствует в больших количествах в ядерных отходах. Стронций-90 с периодом полураспада около 30 лет классифицируется как высокоактивные отходы. [85]
Исследователи изучили биоаккумуляцию стронция водорослями Scenedesmus spinosus в имитированных сточных водах. В исследовании утверждается о высокой селективной биосорбционной способности S. spinosus к стронцию, что предполагает, что он может быть пригоден для использования в качестве ядерных сточных вод. [86] Исследование водоросли Closterium moniliferum, обитающей в пруду, с использованием нерадиоактивного стронция, показало, что изменение соотношения бария и стронция в воде улучшает селективность стронция. [85]
Хранение в сухом контейнере обычно подразумевает забор отходов из бассейна отработанного топлива и их герметизацию (вместе с инертным газом ) в стальном цилиндре, который помещается в бетонный цилиндр, который действует как радиационный экран. Это относительно недорогой метод, который может быть реализован на центральном объекте или рядом с исходным реактором. Отходы можно легко извлечь для переработки. [87]
.jpg/1280px-Low_Level_Waste_Disposal_(44021366302).jpg)
Процесс выбора подходящих глубоких окончательных хранилищ для высокоактивных отходов и отработанного топлива в настоящее время идет в нескольких странах, и ожидается, что первое будет введено в эксплуатацию после 2010 года. [ необходима цитата ] Основная концепция заключается в том, чтобы найти большую, стабильную геологическую формацию и использовать технологию добычи для выкапывания туннеля или использовать крупногабаритные буровые машины для проходки туннелей (похожие на те, которые использовались для бурения туннеля под Ла-Маншем из Англии во Францию) для бурения шахты на глубине от 500 до 1000 метров (от 1600 до 3300 футов) под поверхностью, где можно будет выкопать помещения или хранилища для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов. Цель состоит в том, чтобы навсегда изолировать ядерные отходы от окружающей среды человека. Многие люди по-прежнему недовольны немедленным прекращением управления этой системой захоронения, предполагая, что постоянное управление и мониторинг были бы более благоразумными. [ необходима цитата ]
Поскольку некоторые радиоактивные виды имеют период полураспада более миллиона лет, необходимо учитывать даже очень низкую утечку из контейнера и скорость миграции радионуклидов. [89] Более того, может потребоваться более одного периода полураспада, прежде чем некоторые ядерные материалы потеряют достаточно радиоактивности, чтобы перестать быть смертельными для живых существ. Обзор шведской программы утилизации радиоактивных отходов, проведенный Национальной академией наук в 1983 году, показал, что оценка страны в несколько сотен тысяч лет — возможно, до одного миллиона лет — необходимых для изоляции отходов «полностью оправдана». [90]
Предлагаемый наземный метод субдуктивного захоронения отходов захороняет ядерные отходы в зоне субдукции , доступной с суши, и поэтому не запрещен международным соглашением. Этот метод был описан как наиболее жизнеспособный способ захоронения радиоактивных отходов, [91] и как передовой по состоянию на 2001 год в технологии захоронения ядерных отходов. [92]
Другой подход, названный Remix & Return [93], смешивает высокоактивные отходы с урановыми рудниками и хвостами обогащения до уровня исходной радиоактивности урановой руды , а затем заменяет ее в неактивных урановых рудниках. Этот подход имеет преимущества в предоставлении рабочих мест для шахтеров, которые также будут персоналом по утилизации, и в содействии циклу от колыбели до могилы для радиоактивных материалов, но был бы неподходящим для отработанного реакторного топлива при отсутствии переработки из-за наличия в нем высокотоксичных радиоактивных элементов, таких как плутоний.
Глубокое захоронение скважин — это концепция утилизации высокоактивных радиоактивных отходов из ядерных реакторов в чрезвычайно глубоких скважинах. Глубокое захоронение скважин стремится разместить отходы на глубине до 5 километров (3,1 мили) под поверхностью Земли и в первую очередь полагается на огромный естественный геологический барьер, чтобы надежно и навсегда ограничить отходы, чтобы они никогда не представляли угрозы для окружающей среды. Земная кора содержит 120 триллионов тонн тория и 40 триллионов тонн урана (в основном в относительно следовых концентрациях частей на миллион каждая, что в сумме превышает массу коры 3 × 10 19 тонн), среди других природных радиоизотопов. [94] [95] [96] Поскольку доля нуклидов, распадающихся за единицу времени, обратно пропорциональна периоду полураспада изотопа, относительная радиоактивность меньшего количества радиоизотопов, произведенных человеком (тысячи тонн вместо триллионов тонн), уменьшится, как только распадутся изотопы с гораздо более коротким периодом полураспада, чем у основной массы естественных радиоизотопов.
В январе 2013 года совет графства Камбрия отклонил предложения центрального правительства Великобритании начать работу над подземным хранилищем для ядерных отходов рядом с национальным парком Озёрный край . «Для любого принимающего сообщества будет существенный пакет общественных благ стоимостью в сотни миллионов фунтов», — сказал Эд Дэйви, министр энергетики, но тем не менее местный выборный орган проголосовал 7–3 против продолжения исследований, выслушав доказательства независимых геологов о том, что «разломанные пласты графства невозможно доверить такому опасному материалу и опасности, которая будет существовать тысячелетиями». [97] [98]
Горизонтальное размещение скважин описывает предложения по бурению более одного км по вертикали и двух км по горизонтали в земной коре с целью утилизации высокоактивных форм отходов, таких как отработанное ядерное топливо, цезий-137 или стронций-90. После размещения и периода извлечения [ необходимо разъяснение ] скважины будут засыпаны и запечатаны. Серия испытаний технологии была проведена в ноябре 2018 года, а затем снова публично в январе 2019 года частной компанией из США. [99] Испытание продемонстрировало размещение испытательного контейнера в горизонтальном буровом стволе и извлечение того же контейнера. В ходе испытания не использовались фактически высокоактивные отходы. [100] [101]
В отчете Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии за 2021 год (см. выше) сделан вывод: [102]
Управление радиоактивными отходами и их безопасное и надежное захоронение являются необходимым шагом в жизненном цикле всех приложений ядерной науки и технологий (атомная энергетика, исследования, промышленность, образование, медицина и другие). Таким образом, радиоактивные отходы образуются практически в каждой стране, причем наибольший вклад вносит жизненный цикл ядерной энергетики в странах, эксплуатирующих атомные электростанции. В настоящее время существует широкий научный и технический консенсус в отношении того, что захоронение высокоактивных, долгоживущих радиоактивных отходов в глубоких геологических формациях, на уровне сегодняшних знаний, рассматривается как подходящий и безопасный способ их изоляции от биосферы на очень длительные сроки.
С 1946 по 1993 год тринадцать стран использовали утилизацию или сброс в океан в качестве метода утилизации ядерных/радиоактивных отходов, объем которых составил приблизительно 200 000 тонн, в основном из медицинской, исследовательской и ядерной промышленности. [103]
Захоронение радиоактивных отходов на дне океана было предложено на основании вывода о том, что глубокие воды в северной части Атлантического океана не обмениваются с мелководьем в течение примерно 140 лет на основе данных о содержании кислорода, зарегистрированных в течение 25 лет. [104] Они включают захоронение под стабильной абиссальной равниной , захоронение в зоне субдукции , которая медленно переносит отходы вниз в мантию Земли , [105] [106] и захоронение под удаленным естественным или искусственным островом. Хотя все эти подходы имеют свои достоинства и будут способствовать международному решению проблемы захоронения радиоактивных отходов, они потребуют внесения поправок в Морское право . [107]
Атомные подводные лодки были потеряны , и реакторы этих судов также следует учитывать в количестве радиоактивных отходов, сброшенных в море.
Статья 1 (Определения), 7. Протокола 1996 года к Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов (Лондонская конвенция по сбросам) гласит:
Были предложения о реакторах, которые потребляют ядерные отходы и трансмутируют их в другие, менее вредные или менее долгоживущие, ядерные отходы. В частности, интегральный быстрый реактор был предложенным ядерным реактором с ядерным топливным циклом, который не производил трансурановых отходов и, по сути, мог потреблять трансурановые отходы. Он дошел до крупномасштабных испытаний, но в конечном итоге был отменен правительством США. Другой подход, считающийся более безопасным, но требующий большего развития, заключается в том, чтобы выделить подкритические реакторы для трансмутации оставшихся трансурановых элементов.
Изотоп, который содержится в ядерных отходах и представляет собой проблему с точки зрения распространения, — это Pu-239. Большой запас плутония является результатом его производства в реакторах на уране и переработки оружейного плутония в ходе оружейной программы. Одним из вариантов избавления от этого плутония является его использование в качестве топлива в традиционных легководных реакторах (LWR). Изучаются несколько типов топлива с различной эффективностью уничтожения плутония.
Трансмутация была запрещена в Соединенных Штатах в апреле 1977 года президентом США Картером из-за опасности распространения плутония, [108] но президент Рейган отменил запрет в 1981 году. [109] Из-за экономических потерь и рисков строительство перерабатывающих заводов в это время не возобновлялось. Из-за высокого спроса на энергию работа над методом продолжалась в Европейском союзе (ЕС). Это привело к созданию практического ядерного исследовательского реактора под названием Myrrha , в котором возможна трансмутация. Кроме того, в ЕС была начата новая исследовательская программа под названием ACTINET, чтобы сделать трансмутацию возможной в промышленных масштабах. Согласно Глобальному партнерству по ядерной энергии (GNEP) президента США Буша от 2007 года, Соединенные Штаты активно продвигают исследования в области технологий трансмутации, необходимых для существенного сокращения проблемы переработки ядерных отходов. [110]
Также были проведены теоретические исследования, включающие использование термоядерных реакторов в качестве так называемых «актинидных горелок», где плазма термоядерного реактора , например, в токамаке , могла быть «легирована» небольшим количеством «второстепенных» трансурановых атомов, которые будут трансмутированы (то есть разделены в случае актинидов) в более легкие элементы при их последовательной бомбардировке очень высокоэнергетическими нейтронами, полученными в результате синтеза дейтерия и трития в реакторе. Исследование в Массачусетском технологическом институте показало, что только 2 или 3 термоядерных реактора с параметрами, аналогичными параметрам Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), могли бы трансмутировать все годовое производство второстепенных актинидов из всех легководных реакторов, которые в настоящее время работают в флоте Соединенных Штатов, одновременно вырабатывая приблизительно 1 гигаватт энергии от каждого реактора. [111]
Лауреат Нобелевской премии по физике 2018 года Жерар Муру предложил использовать усиление чирпированных импульсов для генерации высокоэнергетических и коротковолновых лазерных импульсов либо для ускорения дейтронов в тритиевой мишени, вызывая термоядерные реакции, приводящие к образованию быстрых нейтронов, либо для ускорения протонов для нейтронного расщепления , причем любой из этих методов предназначен для трансмутации ядерных отходов. [112] [113] [114]
Отработанное ядерное топливо содержит большое количество воспроизводящего урана и следы расщепляющихся материалов. [20] Такие методы, как процесс PUREX, могут использоваться для удаления полезных актинидов для производства активного ядерного топлива.
Другой вариант — найти применение изотопам в ядерных отходах, чтобы повторно использовать их. [115] Цезий-137, стронций-90 и несколько других изотопов уже извлекаются для определенных промышленных применений, таких как облучение пищевых продуктов и радиоизотопные термоэлектрические генераторы . Хотя повторное использование не устраняет необходимость управления радиоизотопами, оно может сократить количество производимых отходов.
Метод добычи углеводородов с помощью ядерной энергии, [116] канадская патентная заявка 2,659,302, представляет собой метод временного или постоянного хранения ядерных отходов, включающий размещение отходов в одном или нескольких хранилищах или скважинах, построенных в нетрадиционной нефтяной формации. Тепловой поток отходов разрушает формацию и изменяет химические и/или физические свойства углеводородного материала в подземной формации, что позволяет удалить измененный материал. Из формации получается смесь углеводородов, водорода и/или других пластовых флюидов. Радиоактивность высокоактивных радиоактивных отходов обеспечивает устойчивость к распространению плутония, размещенного на периферии хранилища или в самой глубокой части скважины.
Реакторы-размножители могут работать на уране-238 и трансурановых элементах, которые составляют большую часть радиоактивности отработанного топлива в течение 1000–100 000 лет.
Космическая утилизация привлекательна, поскольку она удаляет ядерные отходы с планеты. Она имеет существенные недостатки, такие как потенциальная возможность катастрофического отказа ракеты -носителя , что может распространить радиоактивные материалы в атмосферу и по всему миру. Потребуется большое количество запусков, поскольку ни одна отдельная ракета не сможет нести слишком много материала относительно общего количества, которое необходимо утилизировать. Это делает предложение экономически нецелесообразным и увеличивает риск одного или нескольких неудачных запусков. [117] Чтобы еще больше усложнить ситуацию, необходимо будет заключить международные соглашения о регулировании такой программы. [118] Стоимость и недостаточная надежность современных ракетных систем запуска для космической утилизации были одними из мотивов интереса к неракетным системам запуска в космос, таким как массовые двигатели , космические лифты и другие предложения. [119]
Швеция и Финляндия продвинулись дальше всех в принятии обязательств по определенной технологии утилизации, в то время как многие другие перерабатывают отработанное топливо или заключают контракты с Францией или Великобританией, чтобы сделать это, забирая обратно полученный плутоний и высокоактивные отходы. «Во многих странах растет отставание плутония от переработки... Сомнительно, что переработка имеет экономический смысл в нынешних условиях дешевого урана». [120]
Во многих европейских странах (например, в Великобритании, Финляндии, Нидерландах, Швеции и Швейцарии) предел риска или дозы для члена населения, подвергшегося воздействию радиации от будущего хранилища высокоактивных ядерных отходов, значительно более строгий, чем тот, который предлагается Международной комиссией по радиационной защите или предлагается в Соединенных Штатах. Европейские пределы часто более строгие, чем стандарт, предложенный в 1990 году Международной комиссией по радиационной защите, в 20 раз, и более строгие, чем стандарт, предложенный Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для хранилища ядерных отходов Yucca Mountain на первые 10 000 лет после закрытия. [121]
Предложенный Агентством по охране окружающей среды США стандарт для периода более 10 000 лет в 250 раз более разрешителен, чем европейский предел. [121] Агентство по охране окружающей среды США предложило законный предел в размере максимум 3,5 миллизиверта (350 миллибэр ) в год для местных жителей после 10 000 лет, что составит несколько процентов от [ неопределенно ] воздействия, которое в настоящее время получают некоторые группы населения в регионах с самым высоким естественным фоном на Земле, хотя Министерство энергетики США (DOE) предсказало, что полученная доза будет намного ниже этого предела . [122] В течение периода времени в тысячи лет, после того как распадутся наиболее активные радиоизотопы с коротким периодом полураспада, захоронение ядерных отходов США увеличит радиоактивность в верхних 2000 футах скальных пород и почвы в Соединенных Штатах (10 миллионов км 2 ) примерно на 1 часть из 10 миллионов по сравнению с совокупным количеством естественных радиоизотопов в таком объеме, но в окрестностях места под землей будет гораздо более высокая концентрация искусственных радиоизотопов, чем в среднем. [123]
После серьезного противодействия планам и переговорам между Монголией, Японией и Соединенными Штатами по строительству объектов по переработке ядерных отходов в Монголии, Монголия прекратила все переговоры в сентябре 2011 года. Эти переговоры начались после того, как заместитель министра энергетики США Дэниел Понеман посетил Монголию в сентябре 2010 года. Переговоры состоялись в Вашингтоне, округ Колумбия, между официальными лицами Японии, Соединенных Штатов и Монголии в феврале 2011 года. После этого к переговорам присоединились Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ), которые хотели купить ядерное топливо у Монголии. Переговоры держались в секрете, и, хотя Mainichi Daily News сообщила о них в мае, Монголия официально отрицала существование этих переговоров. Встревоженные этой новостью, граждане Монголии протестовали против планов и потребовали от правительства отозвать планы и раскрыть информацию. Президент Монголии Цахиагийн Элбэгдорж 13 сентября издал президентский указ, запрещающий все переговоры с иностранными правительствами или международными организациями по планам хранения ядерных отходов в Монголии. [124] Правительство Монголии обвинило газету в распространении ложных утверждений по всему миру. После указа президента Монголии человек, предположительно участвовавший в этих разговорах, был уволен.
Власти Италии расследуют мафиозный клан 'Ndrangheta , обвиняемый в торговле и незаконном сбросе ядерных отходов. По словам осведомителя , менеджер государственного энергетического исследовательского агентства Италии Enea заплатил клану, чтобы тот избавился от 600 бочек токсичных и радиоактивных отходов из Италии, Швейцарии, Франции, Германии и Соединенных Штатов, причем Сомали была местом назначения, где отходы были захоронены после подкупа местных политиков. Бывшие сотрудники Enea подозреваются в том, что платили преступникам, чтобы те забрали отходы из их рук в 1980-х и 1990-х годах. Поставки в Сомали продолжались в 1990-х годах, в то время как клан 'Ndrangheta также взрывал корабли с отходами, включая радиоактивные отходы больниц, отправляя их на морское дно у побережья Калабрии . [125] По данным экологической группы Legambiente , бывшие члены 'Ndrangheta заявили, что им платили за то, чтобы они топили корабли с радиоактивными материалами в течение последних 20 лет. [126]
В 2008 году афганские власти обвинили Пакистан в незаконном сбросе ядерных отходов в южных районах Афганистана , когда у власти находились талибы с 1996 по 2001 год . [127] Правительство Пакистана отвергло это обвинение.
Несколько инцидентов произошли, когда радиоактивные материалы были утилизированы неправильно, защита во время транспортировки была неисправна или когда они были просто брошены или даже украдены из хранилища отходов. [128] В Советском Союзе отходы, хранившиеся в озере Карачай, были разнесены по территории во время пыльной бури после того, как озеро частично высохло. [129] В Италии несколько свалок радиоактивных отходов позволили материалу попасть в речную воду, тем самым загрязнив воду для бытового использования. [130] Во Франции летом 2008 года произошло множество инцидентов: [131] в одном случае, на заводе Areva в Трикастене , сообщалось, что во время операции по сливу жидкость, содержащая неочищенный уран, вылилась из неисправного резервуара, и около 75 кг радиоактивного материала просочилось в землю, а оттуда в две реки поблизости; [132] в другом случае более 100 сотрудников были загрязнены низкими дозами радиации. [133] Продолжают существовать опасения относительно ухудшения состояния полигона захоронения ядерных отходов на атолле Эниветок Маршалловых островов и потенциального радиоактивного разлива. [134]
Сбор брошенных радиоактивных материалов стал причиной нескольких других случаев воздействия радиации , в основном в развивающихся странах , где может быть меньше регулирования опасных веществ (а иногда и меньше общего образования о радиоактивности и ее опасностях) и рынок для собранных товаров и металлолома. Сборщики и те, кто покупает материал, почти всегда не знают, что материал радиоактивен, и его выбирают из-за его эстетики или ценности лома. [135] Безответственность со стороны владельцев радиоактивных материалов, обычно больницы, университета или армии, и отсутствие регулирования в отношении радиоактивных отходов или отсутствие обеспечения соблюдения таких правил, были значительными факторами воздействия радиации. Пример аварии с радиоактивным ломом, происходящим из больницы, см. в аварии в Гоянии . [135]
Аварии при транспортировке отработанного ядерного топлива с электростанций вряд ли будут иметь серьезные последствия из-за прочности контейнеров для транспортировки отработанного ядерного топлива . [136]
15 декабря 2011 года главный представитель правительства Японии Осаму Фудзимура признал, что в отходах японских ядерных объектов были обнаружены ядерные вещества. Хотя Япония в 1977 году взяла на себя обязательства по инспекциям в соглашении о гарантиях с МАГАТЭ, отчеты держались в секрете для инспекторов Международного агентства по атомной энергии. [ необходима цитата ] Япония начала переговоры с МАГАТЭ о больших количествах обогащенного урана и плутония, которые были обнаружены в ядерных отходах, утилизированных японскими ядерными операторами. [ необходима цитата ] На пресс-конференции Фудзимура сказал: «На основании проведенных до сих пор расследований большинство ядерных веществ были надлежащим образом утилизированы как отходы, и с этой точки зрения нет никаких проблем в управлении безопасностью», но, по его словам, в тот момент этот вопрос все еще расследовался. [137]
![Символ опасности радиоактивности ISO 2007, предназначенный для источников категории 1, 2 и 3 МАГАТЭ, определенных как опасные источники, способные вызвать смерть или серьезные травмы[138]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/Logo_iso_radiation.svg/1280px-Logo_iso_radiation.svg.png){kind=logo}
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
