Обращение с радиоактивными отходами

Радиоактивные отходы образуются в рамках широкого спектра видов деятельности, в которых применяются различные радиоактивные материалы, связанные, например, с эксплуатацией ядерных установок, использованием закрытых радиоактивных источников в промышленности, использованием антропогенных радионуклидов в больницах и лабораториях, а также снятием таких установок с эксплуатации, добычей полезных ископаемых, производством минеральных удобрений и т.д. Большое разнообразие РАО обуславливает значительные отличия процессов обращении с ними.

Классификация РАО

Существует достаточно большое количество критерием и признаков, по которым могут быть классифицированы радиоактивные отходы. Некоторые из них перечислены в табл. 2. Принятая классификация РАО, действующая на территории государств, обычно закрепляется в нормативной документации. Тем не менее, существуют общие подходы к классификации, которые формируются МКРЗ и МАГАТЭ.

В частности МАГАТЭ рекомендована классификация по степени опасности радиоактивных отходов для человека. В соответствии с этим выделяются три категории РАО (табл.2): безопасные; отходы, имеющие низкий и средний уровень активности; отходы высокой активности.

Таблица 2. Характеристики РАО, используемые для их классификации

№ п/п	Характеристика	Расшифровка характеристики
	Происхождение
	Критичность
	Радиологические свойства	Период полураспада Энерговыделение Интенсивность проникающего излучения Активность и концентрация радионуклидов Поверхностное загрязнение Дозовый коэффициент для значимых радионуклидов
	Другие физические свойства	Физическое состояние (твердое, жидкое или газообразное) Размер и вес Уплотняемость Дисперсность Летучесть Растворимость, смешиваемость
	Химические свойства	Потенциальная химическая опасность Коррозия или сопротивляемость коррозии Содержание органических включений Горючесть Реакционная способность Сорбционная способность по отношению к радионуклидам
	Биологические свойства	Потенциальная биологическая опасность

Таблица 3. Типичные характеристики для различных категорий РАО

Категория отходов	Характеристика отходов	Порядок размещения отходов
Безопасные	Уровень активности ниже установленного порога чистоты, при котором материалы не рассматриваются в качестве радиоактивных. Уровень определяется исходя из предела годовой эквивалентной дозы для населения не превышающей 0,01 мЗв.	Отсутствуют радиологические ограничения
Низко и средне активные РАО	Уровень активности выше установленного порога чистоты. Энерговыделение ниже 2 кВт
2.1 Короткоживущие РАО	Ограничено содержание долгоживущих радионуклидов (ограничение по долгоживущим альфа-излучателям - 4000 Бк/г в группе упаковок или в среднем не более 400 Бк/г в упаковке)	Приповерхностные хранилища или геологические формации
2.2 Долгоживущие РАО	Концентрация долгоживущих радионуклидов в упаковках превышает пределы, установленные дл короткоживущих РАО	Геологические формации
3. Высокоактивные отходы	Энерговыделение больше 2 кВт/м3 и содержание долгоживущих радионуклидов, превышающее пределы, установленные для короткоживущих РАО	Геологические формации

На практике в России все РАО можно разделить на категории в зависимости от концентрации радиоактивных элементов и времени, в течение которого они сохраняют свою радиоактивность. Для каждой категории приняты свои методы сбора и удаления. Выделяются следующие категории РАО:

1. Низкоактивные отходы – это отходы с низкими концентрациями радионуклидов, не требующие специальных защитных мер. Поступают при работе ядерных установок, от деятельности исследовательских центров, госпиталей, промышленности. Обычно это салфетки, полотенца, шприцы, перчатки, фильтры, защитная одежда и обувь и т.д.

2. Среднеактивные отходы – это отходы с более высокими концентрациями радионуклидов, требующие защитных экранирующих и манипулирующих устройств используемых для защиты персонала. Поступают при работе атомных станций и перерабатывающих установок, от медицинских, промышленных и исследовательских предприятий и организаций, в которых используются радиоактивные изотопы и представлены металлическим ломом, полужидкими отходами, смолами и использованными радиоизотопными источниками и т.п.

3. Высокоактивные отходы – это отходы с наивысшими концентрациями радионуклидов, что приводит к физически горячему их состоянию. Требуют охлаждения, сильного экранирования и применения устройств манипуляции с дистанционным управлением. Поступают от установок регенерации ядерного топлива, это отработавшее ядерное топливо и жидкие отходы, образующиеся в процессе переработки (выделения) плутония и т.д.

Таблица 4. Уровни загрязнения, соответствующие различным категориям РАО

Категория отходов	Удельная активность, кБк/кг
Бета-излучающие радитонуклиды	Альфа-излучающие радитонуклиды (исключая трансурановые)	Трансурановые радионуклиды
Низкоактивные (НАО)	менее 103	менее 102	менее 10
Среднеактивные (САО)	от 103 до 107	от 102 до 106	от 10 до 105
Высокоактивные (ВАО)	более 107	более 106	более 105

Принципы обращения с РАО

МАГАТЭ рекомендуются следующие принципы обращения с РАО:

1. Защита здоровья человека. Обращение с РАО должно осуществляться таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень защиты здоровья человека.

2. Защита окружающей среды. Обращение с РАО должно осуществляться таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень окружающей среды.

3. Защита за пределами национальных границ. Обращение с РАО должен учитывать потенциальное воздействие на человека и окружающую среду за пределами национальных границ.

4. Защита будущих поколений. Обращение с РАО должно быть организовано таким образом, чтобы предполагаемое воздействие на здоровье будущих поколений не превышало предельных уровней воздействия, определенных в настоящее время.

5. Бремя для будущих поколений. Обращение с РАО должно осуществляться таким образом, чтобы не налагать чрезмерного бремени на будущие поколения.

6. Национальная правовая основа. Обращение с РАО должно осуществляться на в рамках соответствующей национальной правовой основы, предусматривающей четкое распределение обязанностей и обеспечение независимых регулирующих функций.

7. Контроль за образованием радиоактивных отходов. Образование РАО должно поддерживаться на минимально достижимом уровне.

8. Наличие взаимосвязей между процессами образование РАО и дальнейшего обращения с ними. Должна существовать взаимозависимость между всеми этапами образования и обращению с РАО.

9. Безопасность установок. Должна гарантироваться безопасность всех установок и объектов на протяжении всего срока их функционирования.

Порядок обращения с РАО

В соответствии с общепринятыми принципами во всех странах порядок обращения с РАО регламентирован национальным законодательством и международными соглашениями. Радиоактивные отходы после их образования, в целях уменьшения опасности и экономической обоснованности подвергаются ряду процессов преобразования и перемещения перед их долговременным хранением или окончательным захоронением. Последовательность процессов может различаться, но почти всегда она включает сбор и сортировку РАО по категориям; обработку и уменьшение объема; кондиционирование; транспортирование; хранение или захоронение. Для обращения с РАО задействуется собственный персонал предприятий, а также специализированные организации, имеющие лицензию на какой-то один (например, транспортировка) или все виды деятельности по обращению с радиоактивными отходами.

Сбор и сортировка РАО

Сбору и сортировке подвергаются все радиоактивные отходы, образующиеся в ядерном топливном цикле, при обращении с источниками ионизирующего излучения и в других видах деятельности человека, не связанных с применением ядерных и радиационных технологий (добыча нефти, газа, производство минеральных удобрений и т.д.). При этом для каждого вида деятельности имеется своя специфика. Сбором и сортировкой отходов на предприятиях ЯТЦ в большинстве случаев занимается собственный производственный персонал. Характер отходов, их характеристики и дальнейший порядок обращения определены и полностью обеспечивают необходимый уровень безопасности.

При разработке урановых месторождений проводится сортировка поднятых на поверхность пород. В зависимости от содержания урана в них, породу сортируют и направляют по соответствующей технологической цепочке в два отвала – для пустых пород и богатых руд. Масса рудного отвала подвергается дальнейшей переработке на рудо обогатительном производстве, где происходит ее измельчение и обогащение механическим путем. После этого материал отправляется на гидрометаллургический завод. Объемы перерабатываемых пород составляет тысячи и миллионы тонн. Количество образующихся отходов имеет тот же порядок величины, однако большая их часть классифицируется как безопасные, а вся активность обусловлена естественными радионуклидами. Тем не менее, в процессе производства образуются также радиоактивные отходы низкой активности, которые могут быть захоронены в приповерхностных хранилищах без ущерба для человека и окружающей среды. При прямом выщелачивании урана количество отходов производства уменьшается на порядки. Тем не менее, оборудование в процессе эксплуатации загрязняется радионуклидами уранового и ториевого рядов распада и также может быть захоронено в приповерхностных хранилищах.

Дальнейший сбор и сортировка радиоактивных отходов происходит на заводах по производству чистых соединений урана, его обогащению и изготовлению топлива. Обычно в этих процессах используются различные неорганические и органические растворители и образующиеся жидкие и твердые отходы (загрязненное оборудование, обедненный уран и т.д.). Их активность обусловлена только радионуклидами естественного происхождения, а категория относится к низко и средне активным отходам. До своей переработки они хранятся на территории заводов. Объемы отходов значительно ниже, чем на этапе добычи и извлечении урана. Обедненный уран складируется и хранится для последующего использования (например, в быстрых реакторах).

Следующим этапом топливного цикла является «сжигание» ядерного топлива в реакторах. Радиоактивные отходы образуются в результате процессов деления и активации топлива и конструкционных материалов. Эти отходы незначительны по объему, но имеют высокую активность техногенных радионуклидов с периодами полураспада от долей секунды до тысяч лет и более (трансурановые элементы). Кроме того, на АЭС образуются газообразные отходы, обусловленные образованием газообразных продуктов деления и активацией воздуха в приреакторных помещениях. Они представляют собой радиоактивные благородные газы, а также йод и аэрозоли с достаточно высокой концентрацией микрочастиц твердых радионуклидов. Эти газы, перед их выбросом в атмосферу, проходят систему очистки и временной задержки в специальных фильтрах. Через определенные интервалы времени содержимое фильтров, обычно относящееся к категории твердых отходов низкой и средней активности, изымается и направляется на дальнейшую переработку. Жидкие радиоактивные вещества, в основном водные растворы, образующиеся в процессе эксплуатации реакторов, до момента дальнейшей обработки находятся в специальных временных хранилищах на территории станции. Твердые РАО – части и детали оборудования, использованный инструмент и расходные материалы (бумага, ветошь, сменная обувь и т.д.), - в ожидании переработки также собираются и хранятся во временных хранилищах. В основном это низкоактивные отходы.

Сбором и сортировкой отходов на предприятиях не связанных с ЯТЦ занимается как собственный персонал, так и специализированные организации. Они выполняют свою работу в рамках частных заказов, либо государственных программ. При планировании организационных и технических мер по раздельному сбору отходов во внимание принимаются следующие факторы:

– физические и химические характеристики отходов;

– тип и период полураспада радионуклидов;

– концентрация радионуклидов в отходах;

– приемлемость отходов для определенных методов обработки;

– возможные или доступные методы хранения и захоронения.

Характер и состав радиоактивных отходов обычно определяется источником их образования. В частности, в медицине и в научных исследованиях, в определенных процедурах почти всегда используется один определенный радионуклид. В этом случае произвести раздельный сбор образующихся отходов в соответствии с их радионуклидным составом довольно просто. Отходы предприятий ЯТЦ могут и, как правило, содержат смесь радионуклидов. В этом случае разделение отходов должно основываться на результатах изучения радиохимических характеристик РАО, их удельной активности или уровня загрязнения. Для измерения активности отходов необходимо наличие соответствующей измерительной аппаратуры и владение методиками проведения прямых и косвенных измерений, отбора или приготовления проб образцов. Для прямых измерений активности используются различные детекторы ионизирующих излучений, которые располагаются в непосредственной близости от измеряемого объекта. Метод косвенных измерений состоит в определении уровня нефиксированного или слабо фиксированного загрязнения мазка, взятого с какой-либо поверхности (уровень загрязнения определяется прямым измерением на приборе).