Утилизация ядерных отходов

Утилизация ядерных отходов.

 Содержание:

1. Введение
2. Проблема утилизации ядерных отходов

1. виды загрязнителей.
2. биосфера Земли.
3. пути решения проблемы утилизации отходов.

3. Выводы.
4. Литература.

Введение.

Ядерная энергия - энергия, получаемая в результате превращения ядер. Еще в ХIX в. никто не мог даже предположить, что существуют огромные запасы энергии во всем, что нас окружает. Сначала нужно было Эйнштейну вывести знаменитую формулу E=mc2, потом Резерфорду открыть строение атома, и, наконец, необходимо было понять, как устроены ядра и какие законы управляют их превращениями. Всё это - физика ХХ  в. И только в ХХ столетии появился термин - " ядерная энергия ". Впервые мощь ядерной энергии человечество ощутило при взрыве атомной бомбы над Хиросимой в 1945 г. Тогда же, естественно, встал вопрос: а нельзя ли использовать ядерную энергию в мирных целях? Благодаря усилиям физиков всего мира эта проблема была решена. Атомные станции сейчас работают во многих странах, и на их долю приходится около пятой части вырабатываемой на Земле энергии. С термином " ядерная энергия " у большинства людей ассоциируются два понятия - атомная бомба и атомные электростанции. Первое вызывает ужас - все знают о жертвах и разрушениях, вызванных взрывом бомб над Хиросимой и Нагасаки. Второе зачастую вызывает такую же реакцию, особенно после аварий на Чернобыльской АЭС и Японской Фукусиме, в результате которых огромные территории оказались непригодны для проживания из-за радиоактивного заражения.

Проблема утилизации ядерных отходов.

 Проблема утилизации ядерных отходов во всём мире стоит очень остро. Дело в том, что как таковой, технологии переработки (именно переработки) ядерных отходов на данный момент, просто не существует. Имеет место утилизация, то есть специальные методы упаковки отходов.

 Существуют три основных вида ядерных загрязнителей, и для каждого из них есть свой способ переработки:
1. Твёрдые ядерные отходы. Сюда входят одежда персонала и средства технического обслуживания (ветошь, тряпки, транспортная резина и тому подобное). Этот вид отходов ядерной промышленности сжигают в специальных печах, а пепел смешивают со специальным цементом. Полученные блоки запаивают в 200 литровые бочки и хранят.

 2. Жидкие ядерные отходы.  Это вода, используемая для мытья персонала и одежды, а также технологические растворы из системы теплоносителя или замедлителей. Данный вид отходов выпаривают, поступая в дальнейшем так же, как в пункте 1.

 3. Отходы в виде составных элементов конструкций реактора, транспортные средства и технические средства контроля над ядерными процессами. Переработка этого вида отходов является самой дорогостоящей. Существуют два способа. Первый подразумевает консервацию всех конструкций реактора с помощью саркофага. Второй предполагает демонтаж оборудования с его частичной дезактивацией и последующей утилизацией по схеме пункта 1.

 В итоге реактор, проработавший в среднем от 30 до 50 лет даёт такое количество заряженного радиацией вещества, что если рассчитывать себестоимость электроэнергии с учётом затрат на утилизацию, то цифры оказываются достаточно большими.  Экологический вред при этом мы просто не в состоянии просчитать.

 Человечество уже катастрофически изменило биосферу, нарушая десятки законов экологии, разрушая взаимосвязи с окружающей средой; являясь частью Природы, Человек при производстве продукции накапливал горы отходов и не учитывал, что «Все природные ресурсы Земли конечны». Максимально возможная утилизация отходов вместо захоронения и накопления на свалках – главная экологическая задача. Уже сейчас потребности общества в ресурсных материалах начинают удовлетворяться из отвалов, терриконов и «хвостохранилищ».

 Например, новые технологии позволили экономически выгодно извлекать уран из хвостохранилищ; из облучённого ядерного топлива кроме урана и плутония возможно извлечение платиноидов, используемых в электронике, катализаторах в автомобильной и химической промышленности. Отличие радиоактивных отходов (РАО) от любых технологических отходов наличие распадающихся атомов. Если химические вещества: тяжёлые металлы, мышьяк, сурьма и т.д. сохраняют токсические свойства вечно, то биологическая вредность РАО снижается с годами, а свойство радиоактивности позволяет дистанционно обнаруживать эти нуклиды даже под землёй, что даёт надёжный контроль за их распространением. Обращение с РАО не должно предполагать захоронения.

 Вечная изоляция внутри биосферы от биосферы невозможна, а хоронить ресурсы, созданные трудом, не экономично и не экологично. Вместо «могильников техногенных помоек» необходимо создание контролируемых хранилищ «техногенных месторождений» элементов. Радиоактивные и стабильные нуклиды из РАО с высокой вероятностью понадобятся через десятки лет, а снижение активности позволит извлекать их простыми технологиями. Поэтому основную массу РАО можно рассматривать как перспективный Сырьевой Материал Атомного Комплекса – СМАК.

 Предполагается фракционное разделение «отходов» разных технологических циклов и последующее контролируемое хранение. Задача обеспечения безопасности хранения СМАК до периода его экономической востребованности может быть решена на стыке наук экологии и геологии. Геология накопила огромное количество фактов, которые подтверждают безопасность долговременной изоляции техногенных отходов в геологических формациях. Месторождения урана, угля, нефти и других ископаемых находятся на своих местах сотни миллионов лет без распространения в прилегающих породах.

 Многолетний опыт эксплуатации полигонов по удалению жидких РАО в глубокие геологические формации доказывает надёжную их изоляцию от окружающей среды с барьерами безопасности. Отверждение РАО и три барьера безопасности, требуемые современными Правилами, не гарантируют безопасность, а глубокое хранилище не может быть разрушено даже в случае террористических или боевых действий. Доказательства безопасности хранения РАО в геологических формациях предоставляет сама Природа.

Пути решение проблемы утилизации отходов.

Основа экологического подхода к любому виду человеческой деятельности — минимальное воздействие на окружающую природную среду. Основное требование — вовлечение в круговорот (естественный или антропогенный) всех продуктов производства. По отношению к проблеме обращения с РАО это означает необходимость максимально возможной их утилизации. Проблема кардинального сокращения объемов РАО может быть решена значительно быстрее и эффективнее по сравнению с другими промышленными отходами. Состав РАО, как правило, обогащен редкими и дефицитными элементами, потребительский спрос на которые возрастает. Кроме того, радиоактивность сама по себе — ценное потребительское качество, и темп роста потребностей в радионуклидной продукции в медицине, сельском хозяйстве, промышленности выше, чем в других сырьевых продуктах. В соответствии с определением к РАО относят вещества, содержащие радионуклиды, «не подлежащие дальнейшему использованию на данном или каком-либо другом производстве и в экспериментальных исследованиях». Следовательно, все вещества с любой активностью и в любой форме не должны рассматриваться как РАО, если возможно их дальнейшее использование. Таким образом, следует изменить не только название РАО на СМАК, но изменить и принципы их учета и подготовки к длительному безопасному хранению. Все нецелевые продукты ядерных технологий («отходы») должны подлежать классификации в местах производства — паспортизации СМАК по химическому и радиоактивному составу с оценкой массы и активности. Потоки разных по химическому составу продуктов должны быть разделены. В пределах экономической целесообразности следует максимально отделять нерадиоактивные материалы (в соответствии с «Нормами радиационной безопасности НРБ-99» — вещества с удельной активностью менее 1-106 Бк/г). Хранить СМАК следует в индивидуальных ячейках (боксах, баках, отсеках, хранилищах в геологических структурах) в соответствии с химическим составом, классами ядерной, радиационной, токсической и пожарной опасности.

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

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

1. Минимизация объемов образующихся в настоящее время РАО (разделение потоков, — очистка стоков, сжигание, прессование и т.п.).

2. Налаживание учета и паспортизация материалов при «сосуществовании» и РАО и СМАК, корректировка технологических процессов для организации разделения веществ.

3. Организация безопасного хранения.

4. Совершенствование экономичных методов разделения и выделения продуктов, повышение количества групп СМАК с разными потребительскими свойствами.

5. Классификацию СМАК в местах образования и налаживания учета всех радиоактивных и стабильных нуклидов, участвующих в технологических циклах, можно организовать в течение нескольких лет, хотя погрешность аналитических методов может быть и высокой. В некоторых технологиях потребуется совершенствование методик определения состава исходных и конечных продуктов.

   Группа российских ученых разработала принципиально иной способ захоронения жидких и полужидких радиоактивных отходов. Суть метода заключается в том, что отходы помещаются в высокотемпературные (до 350 градусов Цельсия) гидротермальные системы. Цепь химических реакций ведет к образованию из радиоактивных отходов устойчивых соединений и рудных геологических месторождений гидротермального происхождения. В этих природных условиях отходы связываются в локализованные и, как утверждают авторы, неопасные для биосферы геологические комплексы. Другими словами, природе возвращается то, что у нее забрали. На Камчатке и Курилах выявлено уникальное сочетание давления, температур и других факторов, активизирующих естественные геохимические процессы осаждения солей тяжелых металлов в так называемых «глубинных переходных зонах». И происходит это всего за несколько часов. Мощность системы позволяет «захоронить все радиоактивные отходы всех стран мира». Утилизация отходов в гидротермальных системах стала бы экологически безопасным и недорогим решением одной из главных мировых проблем, убеждены разработчики. В 1993-1996 годах они получили три патента на этот способ утилизации отходов. Важно, чтобы используемая гидротермальная система была пригодна для утилизации отходов, и тут существует ряд условий, в том числе, высокие температура и давление, а также высокая минерализация и мощная разгрузка потока. Ученые говорят так же и о том, что от такого вмешательства в естественные процессы не будет негативных последствий. Это объясняется незначительностью объемов закачиваемых отходов по сравнению с объемами самих потоков.

Выводы.

  Использование ядерной энергии решает многие проблемы, вставшие перед человечеством на пороге третьего тысячелетия, - энергетические, экологические, технологические. Правда, противники развития ядерной энергии утверждают, что именно эти проблемы она и порождает. Кто окажется победителем в этом споре, покажет время. Уровень развития цивилизации определяется многими факторами. Но, вероятно, главный из них – количество потребляемой энергии, что обусловлено наличием энергоресурсов и технологий их переработки. Принятие социально-политической программы «ядерная энергетика — без РАО» и практическая технологическая работа над ее осуществлением снимают основные экологические ограничения на развитие атомной энергетики. Однако преодоление радиофобии потребует длительной воспитательной работы. Изменение понятий и терминов, разработка образовательных программ — первые шаги, предшествующие техническим разработкам. Термин РАО вошел во многие законы, федеральные программы, положения и инструкции. Переход от концепции обращения с РАО к утилизации СМАК потребует изменения законодательной базы, специальной учебно-воспитательной работы и изменения в психологии всех работающих и также не работающих в отрасли. Потребуется и разработка научных и экономических обоснований.

 Между тем, поиск приемлемого способа избавления от радиоактивного мусора прекратить невозможно. Только в России сейчас находится 550 миллионов тонн таких отходов.

Список литературы:

1. Серия «Эрудит». Физика. – М.: ООО «ТД  Издательство «Мир книги»», 2006. 174 стр.

2. http://www.voanews.com/russian/news/New-Method-Utilization-Radioactive-Waste-2010-05-15-93856579.html

3. Поляков В.И. Экзамен на Homo sapiens. От экологии и макроэкологии… к МИРУ.Саранск. Изд. МГУ. 2004 г. 496 с.

4. Поляков В.И. Ядерная энергия без РАО.РАН: «Энергия» №7, 2001, с. 8

5. Поляков В.И., Буквич Б.А. Экологическое решение проблемы обращения с жидкими радиоактивными отходами.«Радиационная безопасность: обращение с РАО». VII Межд. конф. С.-Пет. 2004, с. 364

6. Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. II Межд. конф. Томск. 2004. 772 с.

7. http://www.b-i-o-n.ru/theory/pererabotka-jadernyh-othodov