- Ray - Все про радіацію та безпеку

Розміщення і збереження відпрацьованого палива

Принцип прямого поховання відпрацьованого ядерного палива прийнятий у США, Швеції, хоча в останньому випадку передбачається його відновлення в майбутньому. З 1988 року Швеція має діюче централізоване сховище для відпрацьованого ядерного палива ємкістю 5000 тонн. Відпрацьоване паливо відправляється на це сховище після, приблизно, їхнього річного збереження в реакторах у басейнах витримки. У Швеції для охолодження і захисту від іонізуючих випромінювань відпрацьоване паливо буде зберігатися під водою протягом, приблизно, сорока років. До 2020 року це сховище буде цілком заповнено, і до цього часу повинно бути готове нове сховище для остаточного поховання, хоча вже сьогодні будуються і трохи більше ємкості.

У той час як виділені високоактивні відходи остекловують для додання їм фізичної стійкості від руйнування, відпрацьоване паливо призначене для прямого розміщення і збереження, завжди виготовляється в дуже стійкій керамічній формі UO₂. При безпосередній роботі з відпрацьованим ядерним паливом чи відходами, що витягаються з нього, важлива роль належить ступеню їхнього охолодження і радіоактивного розпаду. Через сорок років після вивантаження палива з реактора, у ньому залишається менше однієї тисячної частки початкового рівня радіоактивності, і з таким матеріалом набагато легше звертатися. Ця особливість відрізняє відходи атомної промисловості від хімічних відходів, що завжди залишаються небезпечними. Чим більш тривалому терміну збереження піддаються відходи атомної промисловості, тим менш небезпечними вони стають, і тим більш простіше їх піддавати наступній обробці.

У США усе відпрацьоване паливо зберігається в місці розташування реактора і в даний час це є частиною паливного циклу. Надалі відпрацьоване паливо переміщають з басейнів витримки чи сухих сховищ на державні склади проміжного збереження. Тут відпрацьоване паливо очікує свого остаточного поховання. Замовники цих операцій по збереженню і розміщенню відпрацьованого палива оплачують додатково, приблизно, 0.1 цента за кіловат година витраченої електроенергії на ці процедури. До кінця 1999 року ці витрати склали майже 16 мільярдів доларів США.

Розміщення і збереження остеклованих відходів

Незалежно від того чи остекловані високоактивні відходи після переробки або вони знаходяться у відпрацьованих паливних зборках, з ними, у кінцевому рахунку, необхідно розпорядитися самим безпечним чином. На додаток до концепцій безпеки, застосовуваним до ядерного паливного циклу, це означає, що після поховання відходи не повинні піддаватися яким-небудь додатковим процедурам. Хоча кінцеве розміщення високоактивних відходів не буде відбуватись ще протягом декількох найближчих років, але всі приготування вже зроблені з урахуванням природних умов збереження і кількості таких відходів.

Кінцеве розміщення високоактивних відходів повинно здійснюватися з дуже високими гарантіями безпеки. Питання в тім, наскільки ми можемо бути упевнені в довгостроковій безпеці, до того як це не почато у великих масштабах? Очевидно, що високий рівень довіри може бути досягнутий на основі продовження ретельних наукових і проектних досліджень, що здійснюються в даний час. Розв'язувані задачі при цьому не є ні дуже великими, ні винятково складними.

По-перше, виділені радіоактивні відходи (чи відпрацьоване ядерне паливо) знаходяться в стійкій і нерозчинній формі. По-друге, вони містяться в масивних посудах, виготовлені з нержавіючої сталі, або  корозійностійкі резервуари (наприклад, сталеві чи мідні). По-третє, вони геологічно ізолюються.

З приведених даних можна зробити два важливих висновки. Перший полягає в тому, що ступінь радіаційної небезпеки зменшується в тисячу разів за період часу від 10 до 1000 років, з відносно невеликою наступною зміною. Це зв'язано з тим, що майже всі короткоживучі продукти розпаду розпадаються за цей час до незначних концентрацій.

Їхня концентрація стає менше малих кількостей дуже важких "трансуранових" елементів типу америцію і нептунію, що мають набагато більші періоди напіврозпаду. Хоча проміжок часу в тисячу років досить великий з погляду людського життя, проте, розміщення таких матеріалів повинно здійснюватися в стійких геологічних формуваннях, де геологічний час стає більш значимим фактором. Навіть час, необхідний для розпаду плутонію, малий в порівнянні з геологічними масштабами часу.

Другий висновок полягає в тому, що відносна радіоактивність відходів через 1000 років стає майже таким же, як і активність відповідної кількості уранової руди. При цьому, токсичні компоненти уранової руди виходять на поверхню землі, попадають у людський організм через їжу. Остекловані ж відходи, що зберігаються глибоко під землею (до кілометра нижче рівня моря), у стійких геологічних утвореннях, не мають ніякого мислимого шансу потрапити в організм людини. Тільки це не означає, що поверхневі поклади урану небезпечні, тому що кількість, речовини яке попадає в організм, дуже мала.

Більшість країн, що мають власні ядерні програми, здійснюють пошук і досліджують місця для розміщення відходів. Ціль цієї роботи – знайти такі місця розміщення, що мали б безліч бар'єрів до поверхні землі. Деякі з бар'єрів, як природні, так і штучні, складаються з:

• Нерозчинної форми відходів (скло, "синрок" або UO₂ ).
• Герметичного збереження в корозійно-стійких ємностях.
• Бетонування відходів для виключення впливу на них ґрунтових вод і можливих руйнувань при переміщеннях земної кори.
• Розміщення глибоко під землею (на глибині більш 500 метрів) у стабільних геологічних структурах.

Для такого розміщення відходів вивчаються два типи геологічних порід – тверді кристалічні скельні породи і поклади кам'яної солі. Такі місця існують в деяких країнах, і в даний час здійснюється їхня детальна оцінка. Більшість підходів припускають використання звичайної гірничодобувної техніки для будівництва необхідних підземних шахт. Вони повинні мати досить площі для розміщення резервуарів у відділених друг від друга порожнинах на різних рівнях чи якось інакше. Одне їх таких підземних сховищ діє в США, але воно призначено для збереження довгоживучих відходів воєнної промисловості.

Питання геологічної стабільності земних порід дуже важливий для забезпечення довгострокової цілісності сховища відходів. На землі існує багато геологічних структур, що стійкі вже протягом більш 4,5 мільярдів років, і ймовірність зсувів порід протягом періоду збереження (а це більш тисячі років) у таких місцях близька до нуля.

Можна порівняти токсичність відходів атомної промисловості з отруйними відходами і газами, що виникають на сучасних індустріальних підприємствах щодня. Миш'як, наприклад, звичайно розповсюджується в навколишнім середовищі в складі гербіцидів і в обробленій деревині. На відміну від відходів атомної промисловості він має нескінченний термін токсичності. Далі, барій і хлор, що досить широко використовується. З огляду на їхні реальні кількості, можна стверджувати, що вони представляють набагато більшу небезпеку, ніж відходи атомної промисловості.

Можна стверджувати, що прийде час, коли збереження високоактивних відходів буде зовсім безпечним. Радіоактивні відходи, хоча і дуже токсичні в момент своєї появи, але, по-перше, їхня кількість мала, а по-друге, вони не більш небезпечні, ніж інші матеріали.

Хоча сьогодні кожна країна відповідальна за збереження і переробку своїх власних відходів усіх видів, проте, розглядається можливість створення міжнародного сховища відходів атомної промисловості. Австралія – це одна з деяких країн, у якій існують дуже сприятливі геологічні умови для створення такого підприємства.

Природний аналог: Окло

Хоча високоактивні відходи сучасної ядерної енергетики ще не зберігалися настільки довго, щоб спостерігати результати такого збереження, цей процес фактично уже відбувався в природних умовах, принаймні, в одному місці на земній кулі. У містечку Окло в Габону (на заході Африки), біля двох мільярдів років тому, принаймні, 17 природних ядерних реакторів почали працювати в багатій покладами уранової руди місцевості. Кожний з них мав, приблизно, по 20 кВт тепловій потужності. У той час концентрація урану-235 у природному урані складала, приблизно, 3,7 % (замість 0,7 відсотків сьогодні).

Природні ланцюгові реакції, що почалися спонтанно завдяки присутності води, що діє як сповільнювач, продовжувалися, приблизно, два мільйони років поки, нарешті, не згасли. Протягом цього часу в руді утворилося, приблизно, 5,4 тонн продуктів розпаду, а також 1,5 тонни плутонію разом з іншими трансурановими елементами.

Радіоактивні продукти розподу давно розпалися і перетворилися в стабільні елементи, а вивчення їхньої кількості і локалізації показало, що існувало невелике переміщення радіоактивних відходів, як у процесі, так і після припинення ядерних реакцій. Плутоній же та інші трансуранові елементи залишилися нерухомі. Це помітно тому що  ґрунтові води мали повний доступ до продуктів розпаду, а самі вони не знаходилися в хімічно інертній формі (тобто не були остекловані). Таким чином, продукти розподілу не переміщаються вільно в земній поверхні, навіть у присутності води, через їхню адсорбцію в глиняних породах. Витоку з ємностей для збереження військових відходів у США також продемонстрували здатність глинистих ґрунтів до утримання продуктів розпаду і трансуранових елементів.

Таким чином, єдине відомий "іспит" підземного сховища відходів атомної промисловості в Окло виявилося успішним, незважаючи на несприятливі характеристики цього місця. Хоча глинисті ґрунти і відіграють важливу роль в утриманні відходів, таке затоплене, з піщаною структурою ґрунту місце, навіть не розглядалося б для розміщення на ньому сучасного сховища яких-небудь токсичних і ядерних відходів.

Однак, такий приклад спонукав учених більш детально вивчати поводження двоокису урану в ґрунтових водах разом з іншими хімічними елементами, що присутній у руді (які не піддаються розщепленню). Ці дослідження допоможуть в оцінці тривалої безпеки сховищ для високоактивних відходів.

Вартість – важливе питання. Організація економічного співробітництва і розвитку опублікувала оцінки витрат на розміщення і збереження відходів з використанням відомих технологій, описаних вище. Згідно з цими оцінками вартість розміщення і збереження відходів, імовірно, буде складати від 0,03 до 0,17 центів за зроблений кіловат годину електроенергії для остеклованих високоактивних відходів і від 0,04 до 0,18 центів для відпрацьованого палива (у цінах 1993 року). У США сумарні витрати на фінансування збереження відпрацьованого палива склали на кінець 1999 року 16 мільярдів доларів США. Канадські виробники збирають плату на майбутнє фінансування збереження відпрацьованого палива з розрахунку, приблизно, 0,1 центів за кіловат годину, і в 1997 році цей фонд склав 1,25 мільярдів канадських доларів. У Швеції це податок складає, приблизно, 0,3 центів за кіловат годину, і йде на фінансування нормально функціонуючого державного сховища радіоактивних відходів, і дослідження в цій області. Безпечне збереження радіоактивних відходів – це існуюча норма, що технології збереження добре розроблені, що витрати прийнятні і що повномасштабна демонстрація цього незабаром буде можлива в декількох країнах.