Что такое ядерные отходы и какие существуют методы обращения с ними

Выработка электроэнергии на типичной атомной электростанции мощностью 1000 мегаватт, которая способна удовлетворить потребности в энергоснабжении более миллиона человек, производит около трех кубических метров остеклованных высокоактивных отходов в год, если отработанное топливо переработано. Для сравнения: угольная электростанция мощностью 1000 мегаватт производит около 300 000 тонн золы и более 6 миллионов тонн углекислого газа в год

Выработка электроэнергии с помощью ядерных реакторов приводит к образованию небольшого количества ядерных отходов. С самого первого момента возникновения гражданской ядерной энергетики к этим отходам всегда относились ответственно. На практике существует несколько стратегий управления ядерными отходами, такие как прямая утилизация или повторное их использование в реакторах для производства электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода.

Как и во всех отраслях промышленности, где используются технологии производства энергии, использование ядерной энергии приводит к образованию некоторого количества отходов. Существует три типа ядерных отходов, классифицируемых по степени радиоактивности: низко-, средне- и высокоактивные. Подавляющее большинство отходов (90% от общего объема) состоят из слегка загрязненных предметов, таких как инструменты и рабочая одежда, на которые приходится около 1% от общей радиоактивности. Напротив, высокоактивные отходы, в основном состоящие из отработанного ядерного топлива, которые были получены непосредственно в процессе протекания ядерных реакций, составляют всего 3% от общего объема отходов, однако на них приходится 95% от общей радиоактивности. В отличие от любой другой отрасли производства энергии, ядерный сектор берет на себя полную ответственность за дальнейшую судьбу всех своих отходов.

Образование небольшого количества ядерных отходов

Ядерное топливо имеет очень высокую энергетическую плотность, поэтому для производства такого огромного количества электроэнергии его требуется очень мало, особенно по сравнению с другими источниками. В результате чего образуется относительно небольшое количество отходов. В среднем отходы типичного ядерного реактора, с помощью которого производят электроэнергию в течение года, по объему примерно сравнимы с обычным кирпичом. Из них только 5 граммов - это высокоактивные отходы - примерно таким же весом обладает обыкновенный лист бумаги.

Выработка электроэнергии на типичной атомной электростанции мощностью 1000 мегаватт, которая способна удовлетворить потребности в энергоснабжении более миллиона человек, производит около трех кубических метров остеклованных высокоактивных отходов в год, если отработанное топливо переработано. Для сравнения: угольная электростанция мощностью 1000 мегаватт производит около 300 000 тонн золы и более 6 миллионов тонн углекислого газа в год.

Предполагаемые риски для здоровья человека

С момента зарождения гражданской атомной энергетики ядерные отходы никогда не причиняли вред людям. Распространенное заблуждение состоит в том, что, поскольку некоторая часть ядерных отходов остаётся радиоактивной в течение миллиардов лет, то угроза для жизни и здоровья людей сохраняется в течение всего этого периода. Тем не менее, это не так. Оставаясь слаборадиоактивным в течение нескольких сотен тысяч лет, радиоактивность основного компонента отходов, которая может вызвать проблемы со здоровьем, снизится до безопасного уровня в течение нескольких сотен лет.

Ключевым фактором для понимания того, почему хранилища ядерных отходов не представляют угрозы для здоровья людей, также является то, что количество радиоактивных материалов, которые попадут в окружающую среду в случае утечки, будет очень небольшим. Это количество не сможет как-то значимо повлиять на окружающую среду или здоровье людей. В конце концов, окружающая среда, в которой мы живем, так же, как и человеческое тело, обладает естественной радиоактивностью. Радиация - неизбежная часть жизни на нашей планете, которая развивалась изначально и процветает сейчас в этой радиоактивной среде, а степень излучения, идущего от хранилища ядерных отходов, почти в 50 раз меньше, чем среднее значение естественного радиационного фона.

Различные варианты обращения с ядерными отходами

Перед переработкой или утилизацией отработанное ядерное топливо хранится либо в мокрых, либо в сухих хранилищах. Когда отработанное топливо извлекается из реактора, то остается еще горячим и радиоактивным, поэтому, чтобы оно остыло, его помещают в воду. После предварительного охлаждения топливо может храниться во влажном хранилище или находиться в сухом. Хранение отработанного топлива во временном хранилище с целью снижения его температуры и радиоактивности упрощает его дальнейшую переработку и утилизацию.

Во всем мире существуют две основные стратегии обращения с отходами: одни страны десятилетиями перерабатывают использованное ядерное топливо для повторного использования, другие сделали выбор в пользу прямого его захоронения. Это принципиально разные стратегические решения, принятые на национальном уровне и главным образом обусловленные политическими и экономическими, а также технологическими соображениями.

Хотя некоторые страны, в первую очередь США, рассматривают бывшее в эксплуатации ядерное топливо только в качестве отходов, большая часть материала в отработанном топливе может быть переработана для повторного использования. Приблизительно 97% материала, подавляющей частью которого (94%) является уран, можно использовать в качестве топлива в определенных типах реакторов.

На сегодняшний день переработка ядерного топлива в основном сосредоточена на получении плутония и урана, которые можно повторно использовать в обычных реакторах. Полученный плутоний и уран впоследствии можно добавлять в обычное урановое топливо и делать из этой смеси топливные стержни. Такие страны, как Франция, Япония, Германия, Бельгия и Россия, используют рециркуляцию плутония для производства электроэнергии и уменьшения радиологического следа имеющихся ядерных отходов. Некоторые из побочных веществ (примерно 4%), представляющие из себя в основном продукты деления, по-прежнему требуют помещения их в хранилище. Перед этим они подвергаются стеклованию с помощью процесса, называемого витрификацией.

Захоронение отходов

Прямое захоронение отходов представляет собой стратегию, в рамках которой используемое ядерное топливо считается отходами, подлежащими хранению в подземном хранилище без проведения какой-либо рециркуляции. Использованное топливо помещается в ёмкости, которые, в свою очередь, помещаются в туннели и замуровываются камнями с глиной. Отходы переработки, так называемые расщепляемые продукты, также помещаются в хранилища, обустройство одного из которых близится к завершению, например, в Финляндии.

Источник: World Nuclear Association