proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Способствует ли безопасности атомной отрасли закрытость (усиление режима)?
Да
Нет
Сильнее влияют другие факторы

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[17/10/2005]     Экологические принципы обращения с РАО и технологии в производстве ИИИ

В.М.Лебедев, В.И.Поляков, Димитровградский институт технологии, управления и дизайна, УлГТУ

Проблема обеспечения экологической безопасности при обращении с радиоактивными отходами (РАО) осознаётся во всём мире. Но поиски её решения сосредоточены на технических методах изоляции и "вечном захоронении": от отправки в космос, глубины океана и глубокие геологические формации до отверждения, создания многобарьерной защиты и сложных дорогих долговременных приповерхностных хранилищ. При использовании подобных технологий экологические требования не могут быть обеспечены экономическими возможностями и, следовательно, необходима смена концептуальных принципов обращения с РАО на всех стадиях, начиная с момента их образования, а точнее, с момента "наклеивания ярлыка" РАО. Решение проблемы обеспечения безопасности при обращении с РАО возможно при смене технократического мышления на экологическое [4, 5].

Это означает, что ядерные технологии XXI века должны быть максимально безотходными. Разработаны принципы и многие технологии, позволяющие резко сократить объёмы РАО, например, безводная переработка облучённого топлива и его рециклирование, глубокая очистка от радионуклидов и утилизация натриевого теплоносителя на этапе снятия с эксплуатации БН-реакторов. Возможно также резкое сокращение объёмов РАО в технологиях производства радионуклидных препаратов.

1. Современные проблемы обращения с РАО

В России по статистическим данным накопилось на 2003 г. 468 млн. м3 жидких РАО (ЖРО)и 73 млн. т твёрдых РАО (ТРО) с общей активностью 59 ЭБк (5,9•1019 Бк). В настоящее время к ним ежегодно добавляется 5 млн. м3 ЖРО и 1 млн. т ТРО, суммарная активность которых составляет 2,85 ЭБк (2,85•1018 Бк) и 89 ПБк (8,9•1016 Бк), соответственно [9]. В предстоящие десятилетия при закрытии устаревших производств и снятии с эксплуатации АЭС эти объёмы значительно возрастут. Как обеспечить экологическую безопасность обращения с огромным объёмом радиоактивных отходов? Стоимость переработки и захоронения 1 м3 жидких РАО составляет от 1 до 10 тыс.долларов [2,10]. Это означает необходимость ежегодных затрат на обращение с образующимися РАО в нашей стране эквивалентное стоимости нескольких АЭС. Даже при использовании прогрессивной технологии изоляции ЖРО в глубинных пластах коллекторах требуется 200-300 рублей за удаление 1 м3 [7] и ежегодные затраты предприятий на обращение с РАО превысят миллиард рублей. Отсутствие подобных средств будет иметь результатом продолжающееся накопление РАО.

Экологический аспект проблемы ещё в большей степени, чем экономический свидетельствует о накоплении в биосфере потенциальных радиационных факторов воздействия. В соответствии с экологическим правилом: "Отходы неустранимы: они могут быть только изменены по физико-химической форме или перемещены в пространстве". Поэтому современная концепция "радиационно-эквивалентного захоронения", как "окончательного"этапа обращения с РАО, противоречит тенденциям расширения сферы деятельности человека, ускорения развития общества и технологий, не учитывает возможность военных конфликтов, космических, геологических, социальных и климатических изменений. Эта концепция нарушает принцип "экологичное всегда экономично" и "захораниваются" созданные трудом ресурсы: ядерное топливо, металлы, другие химические элементы, радиоактивные источники. Принцип "радиационно-эквивалентного" захоронения не выполним из-за накопления активности РАО в атомном комплексе. Он не обеспечивает экологическую и геологическую эквивалентность – неизменность структур биосферы и геологических формаций. Нарушается также принцип защиты будущих поколений от чрезмерного экономического бремени, так как дисконтированные потери за период "вечного" хранения многократно превысят выгоду нашего поколения. Таким образом, концепция обращения с РАО, предполагающая их "окончательное" захоронение, не соответствует экологическим требованиям защиты биосферы.

Проблемы обращения с РАО должны решаться на пути их минимизации и они могут быть решены, если поставить под сомнение экологичность принятых ядерных технологий и стратегию обращения с РАО. Минимизация объёмов РАО в биосфере – принципиально разрешимая задача, но по современным нормативным документам и технологиям фактически происходит расширение объёма окружающей среды под воздействием радиации: битумирование и цементирование с требованием равномерного размешивания во всём объёме смеси, переработка РАО в сложных технологических комплексах с разбавлением в растворах и загрязнением оборудования, создание технических барьеров для выхода радионуклидов в виде остекловывания, преобразования в синтетические структуры, использование многотонных контейнеров.

Особенно ярко видна беспомощность принятой концепции снятия с эксплуатации АЭС. Задача, предлагаемая "зелёными" для атомной энергетики – создание "зелёных лужаек" на месте АЭС, никогда не ставилась перед предприятиями других отраслей промышленности. Огромные экономические затраты (300-500 млн. долларов) на "разборку" АЭС будут направлены на мероприятия по ухудшению состояния окружающей среды, повышение её энтропии. Распространение радиоактивности из здания АЭС в окружающей среде будет происходить в процессах дезактивации, разделки оборудования, транспортировки и переработки РАО, сооружении "могильников". После дезактивации и разделки оборудования на хранение (захоронение) поступит около 20 000 м3 РАО.

Зачем нужна полная разборка АЭС? Природа подсказывает надёжный способ безопасной изоляции радионуклидов от биосферы на сотни миллионов лет. Исследования пятнадцати естественных ядерных реакторов в Африке, действовавших примерно 2 млрд.лет назад, показали, что, несмотря на высокую мощность реакторов (2000-3000 МВт), большие размеры (протяжённость до 20 м), длительность их работы (тысячи лет) и высокую первичную обводнённость естественных пород, за длительное время после окончания их работы (примерно 1500 млн. лет) продукты деления из реактора мигрировали на расстояния не более 2 м от активной зоны [6]. Эти объекты фактически не проявляются на поверхности, несмотря на то, что их глубина залегания сегодня составляет 10-12 м от дневной поверхности, а первоначально они были обнаружены, как месторождение урановой руды.

Вокруг этих реакторов естественным путём при высокой температуре и нейтронных потоках создались защитные барьеры из пород. Авторы делают вывод: "Природа смогла надёжно изолировать опасный радиационный объект и тем самым показала человечеству, что существует принципиальный подход к решению проблемы обращения с РАО. И это направление, связанное с созданием специфических геохимических барьеров, может стать в изоляции РАО одним из основных". Должно стать!

Многобарьерная защита атомных реакторов АЭС не уступает по свойствам естественной африканской. Созданные защитные барьеры на пути распространения радионуклидов на АЭС надо не разрушать, а укреплять.

После удаления топлива необходима локализация мест с повышенным уровнем радиоактивности, возможно создание дополнительных барьеров, бетонирование отсеков станции, другие мероприятия по обеспечению безопасности. По аналогии с природными месторождениями полезных ископаемых на месте АЭС следует планировать формирование техногенного месторождения металлов и других химических элементов для потомков.

2. Экологическое решение проблемы РАО

Приведённые выше примеры свидетельствуют, что экологическое решение проблемы РАО и снимаемых с эксплуатации ядерных реакторов возможно на базе концепции формирования техногенных месторождений.

Экологическое определение: "отходы – это разнообразные по физико-химическим свойствам остатки, обладающие потенциальной потребительской ценностью, вторичные ресурсы, использование которых требует затрат для придания привлекательных для потребителя свойств". Поэтому, максимальное использование ресурсов и утилизация отходов – главная задача всех производств. В отличие от других видов промышленных отходов объёмы РАО в тысячи раз меньше и поэтому их безопасная изоляция от биосферы вполне достижима.

Из определения РАО – это "не предназначенные для дальнейшего использования вещества в любом агрегатном состоянии с активностью выше регламентируемых правилами" следует, что если вещества могут быть использованы, то это – не РАО. Отходы в технологических процессах на предприятиях и АЭС, а также загрязнённое радионуклидами оборудование содержат повышенные по сравнению с природным содержанием в Земле концентрации химических элементов и радионуклидов, которые при развитии ресурсного кризиса понадобятся промышленности через десятки лет, когда снижение активности позволит извлекать их простыми технологиями. Это позволяет рассматривать РАО как перспективный Сырьевой Материал Атомного Комплекса – СМАК [4,5]. Предполагается фракционное разделение и последующее контролируемое хранение "отходов" разных технологических циклов. Разложенные по ячейкам в хранилищах, паспортизованные по радиохимическому составу, обеспеченные системами безопасности, эти "отходы", представляют "техногенное месторождение".

Потребности в ресурсных материалах уже в настоящее время начинают удовлетворяться из отвалов и "хвостохранилищ". Например, на Ангарском электролизно-химическом комбинате смена технологий разделения изотопов позволила более глубоко извлекать 235U, причём себестоимость извлечения урана из "хвостов" меньше, чем при его извлечении из природного сырья [8]. Тысячи тонн захороненных на предприятиях ядерного комплекса РАО – загрязнённого или активированного оборудования уже по существующим технологиям (предприятие "Экомет", г.Сосновый Бор) могут переплавляться с получением металлов для промышленного использования. Такое направление – создание "техногенных месторождений" вместо "техногенных помоек" предлагается для любых промышленных отходов [3]. Его реализация требует знания законов природы и ведущую роль в решении задач принадлежит экологии и геологии. Геология накопила огромное количество фактов, подтверждающих возможность долговременной изоляции техногенных отходов в геологических формациях.

Следовательно, рассматривая современные РАО как потенциальные вторичные ресурсы необходимо в технологиях минимизировать их объёмы, получая, по возможности, вместо низкоактивных отходов – средне – и высокоактивные, и обеспечивая далее их безопасное контролируемое хранение. Следует изменить не только название: РАО на СМАК, но изменить принципы их учёта и подготовки к длительному хранению:

– все не целевые 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 отделять нерадиоактивные материалы и концентрировать радиоактивные;

– хранение СМАК организуется в индивидуальных ячейках (боксах, баках, отсеках, хранилищах в геологических структурах) в соответствии с химическим составом, классами ядерной, радиационной, токсической и пожарной опасности.

Разложенные по ячейкам в хранилищах с соответствующими паспортами радиохимического состава, обеспеченные необходимыми системами безопасности эти "отходы" ядерных технологий могут в течение десятков или сотен лет находиться в стадии склада сырьевых материалов.

3.Опыт перевода РАО в СМАК в технологии производства ИИИ

Производство источников ионизирующих излучений (ИИИ) для медицины, промышленности, космических исследований, в основе технологий которого лежит получение радиоактивных атомов из стартовых материалов, может служить примером возможности сокращения количества РАО за счёт более полной утилизации всех продуктов. При любом подборе стартовых материалов для облучения наряду с требуемым нуклидом при облучении образуются сопутствующие, которые и должны быть удалены как РАО при выделении чистого целевого продукта. К сожалению, традиционно при разработке технологии выделения кондиционного продукта – ИИИ не всегда оптимизируется количество соответствующих химических реактивов, которые в конечном результате процесса превращаются в РАО. Часто упускается из рассмотрения возможность выделения на определённых стадиях процесса некоторых вторичных продуктов, могущих при соответствующем их кондиционировании быть превращёнными в перспективные продукты или сырьё для них.

Поэтому перед разработчиками технологий стоит задача не только выделения целевого нуклида, но и обеспечение радиационной и экологической безопасности создаваемой технологии. С учётом экономических факторов следует проводить выделение сопутствующих радионуклидов для последующего их использования либо компактного складирования для возможного использования в будущем.

При производстве трансплутониевых элементов (ТПЭ) в высокопоточном реакторе СМ-3 (ГНЦ РФ НИИАР) в РАО переходят изотопы цезия и церия. Препараты из изотопов 137Cs и 144Ce, благодаря своим ядерно-физическим свойствам, широко используются в медицине, а при производстве ТПЭ их качество – на порядок более высокая удельная активность оказывается выше, чем у препаратов, получаемых на предприятии по переработке топлива АЭС. В НИИАР разработаны технологические процессы производства препаратов 137Cs и 144Ce из РАО, и они в небольших количествах поставляются на европейский рынок. Этот пример показывает, что при наличии рынка сбыта эти препараты – отходы производства ТПЭ могут стать целевыми продуктами, тем самым значительно уменьшая активность и объёмы РАО.

Другим примером малоотходного радионуклидного производства является разработанная в НИИАР технология получения препарата 153Gd [1]. Этот изотоп обладает уникальными ядерно-физическими свойствами и нашёл применение в медицине для лечения онкологических заболеваний, а также в виде источников для калибровки.

Препарат 153Gd получают путём облучения природного европия потоком нейтронов. Для уменьшения экологической и радиационной опасности производства препарата гадолиний-153 предложены и внедрены в технологический процесс приемы:

– сокращающие в десятки раз объемы радиоактивных отходов (увеличение концентрации стартового европия в мишени, уменьшение циклов выделения радиоактивного европия (цементации), регенерация ртути и многократное её использование);

– позволяющие выделять образующиеся в процессе облучения радионуклиды европия и самария-152 с целью их дальнейшего использования в ядерной медицине и промышленности.

При этом с помощью технологических приемов, защищенных патентами, количество радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, сокращается в десятки, и даже сотни раз по сравнению с аналогичными производствами за рубежом; сокращается общее время переработки мишени, снижая этим радиационную нагрузку на персонал. Состав смеси нуклидов после облучения представлен в таблице, а принципиальная технологическая схема получения препарата гадолиний-153 – на рисунке.

Таблица. Состав смеси нуклидов после облучения природного европия



Учитывая,что количество образующегося 160Tb незначительно, а 156Eu распадается с периодом полураспада 15,2 суток, то активность РАО, образующихся при производстве препарата гадолиний-153, определяется радионуклидами 152,154Eu. В течение года при производстве препарата гадолиний-153 образуется около 4 м3 жидких РАО с содержанием радионуклидов европия 170 ТБк (4500 Ки), причём 98% европия содержится в 40–50 л раствора.

Количество жидких РАО определяется технологией переработки мишеней и для их уменьшения возможно несколько способов:

– выдержка мишени после облучения для распада 156Eu;

– оптимизации физико-химических процессов;

– извлечения и утилизации радионуклидов европия.

Выделенный их жидких РАО европий в виде оксида представляет смесь изотопов 152,154Eu. Эту компактную смесь радионуклидов европия можно использовать в установках по обеззараживанию воды, для дезинфекции медицинского оборудования, имеется опыт по изготовлению и эксплуатации гамма-источников из выделенного европия для дистанционного измерения методом сличения активности различных объектов в условиях защитных камер.



Рис. Принципиальная технологическая схема получения препарата гадолиний-153

При облучении европия, как видно из таблицы, образуется стабильный нуклид 152Sm в количестве 3–5% от массы стартового нуклида. Выделение самария, как отхода технологии происходит на стадии распределительной хроматографии. 152Sm "вымывается" из колонки в отдельную фракцию. Этот изотоп может использоваться в качестве стартового нуклида для реакторного производства радиоактивного изотопа 153Sm (период полураспада 46,7 ч), который используется для лечения костных метастаз, как альтернатива используемого для этой же цели препарата 89Sr.

Таким образом, выделение из отходов, образующихся в процессе производства препарата 153Gd, нуклидов 152,154Eu и 152Sm позволяет сделать технологию получения целевого препарата менее радиационно-опасной, а использование выделенных нуклидов в медицине, науке и производстве резко сокращает количество РАО и делает комплексную переработку облучённых мишеней европия экономически выгодной.

Список литературы
1. Лебедев В.М. Обеспечение экологической и радиационной безопасности производства препарата гадолиний-153. – Презентация "Салон изобретений и патентов "Архимед", март 2005 г., Москва, Сокольники. Патенты РФ:№ 2068810 от 10.11.96; № 2120409 от 25.07.97; № 2192678 от 31.05.01; № 2192678 от 10.11.02; № 2237937 от 10.10.04; пол. мод .№ 25553 от 31.05.01
2. Моисеев Р.С.Захоронение радиоактивных отходов в геологических структурах на Дальнем Востоке: проблемы оценки. Владивосток: Дальнаука,1998. 140 с. 15ВМ-5-7442-1091-1.
3. Наумов Г.Б.Радиогеология в системе научного знания.– Сб.. докладов "Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека". II Межд.конф. Томск, 18-22 окт. 2004. С. 425 –428.
4. Поляков В.И. Ядерная энергия без РАО. –РАН: "Энергия: экономика, техника, экология" № 7, 2001, с. 8-15.
5. Поляков В.И. Перспективы решения проблемы РАО с учётом требований экологии.– Бюллетень по атомной энергии. № 5,2003, с.34-36.
6. Рихванов Л.П., – Ляфей Франсуа Готье. См.[3], c.506 и 737.
7. Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Курочкин В.М. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов в пласты-коллекторы – безопасность, итоги, перспективы. –Безопасность ядерных технологий. Обращение с радиоактивными отходами. Сб.докладов VII международной конференции, С.-Петербург, 27 сент. – 1 окт. 2004. С. 394-398.
8. Усманова Т.В. Техногенные месторождения, формирующиеся на предприятиях ядерного топливного цикла. См. [3], с.634–638.
9. Шаталов В.В., Брыкин С.Н., Серебряков И.С. Учёт и контроль радиоактивных веществ и радиоактивных отходов на предприятиях ядерного топливного цикла. – Атомная стратегия ХХI, сентябрь 2004. с.19.
10. Энергетика: цифры и факты. М.: ЦНИИатоминформ, 1993. 294 с.


По материалам конференции «Безопасность ядерных технологий: экономика безопасности и обращение с ИИИ»  

 
Связанные ссылки
· Больше про Экология
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Экология:
Радиоактивность углей и продуктов их сжигания

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.5
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 0 Комментарии
Спасибо за проявленный интерес





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.12 секунды
Рейтинг@Mail.ru