ПРИЛОЖЕНИЯ.. 142 4 страницаНа стадии от добычи урана до изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС), радиоактивные отходы накапливаются в виде отвала гексафторида урана, обедненного по легкому изотопу. Эксплуатация АЭС и двигательных установок на тепловых и быстрых нейтронах сопровождается обращением с облученным топливом, выдерживанием его в бассейнах и транспортировкой на перерабатывающие предприятия, а, также, образованием газообразных, жидких и твердых отходов разной степени активности, подлежащих накоплению, концентрированию, отверждению и хранению. Продукты деления, образующиеся при производстве топлива на основе металлического урана и плутония, также направляются на перерабатывающие радиохимические заводы для регенерации отработанных ТВЕЛов. При получении электроэнергии и тепла на ядерных энергетических установках (ЯЭУ) главной проблемой является выявление и минимизация эффектов действия ионизирующих излучений на теплоносители, замедлители и другие материалы в активной зоне ядерных реакторов. По происхождению радиоактивные отходы различают[4]: • отходы, образующиеся на всех стадиях ядерного топливного цикла (ЯТЦ); • отходы, не связанные с ЯТЦ (научных и исследовательских центров, медицинских учреждений, отраслей промышленности, отходы от хозяйственной деятельности, в том числе бытовые, и т.п.); • отходы, образующиеся при снятии ядерных установок с эксплуатации; • отходы, образующиеся при ликвидации радиационных инцидентов и аномалий. 2.2. Источники радиоактивных отходов 2.2.1. Радиоактивные отходы ядерного топливного цикла Основным источником радиоактивных отходов являются предприятия ядерного топливного цикла. К отходам ЯТЦ относятся отходы, образующиеся при добыче урановых руд и производстве ядерного топлива (1), при эксплуатации АЭС (2) и при переработке отработанного ядерного топлива (3) [2.2]. Добыча урановых руд и производство ядерного топлива. На этом этапе ЯТЦ образуются: • газообразные отходы (радиоактивные аэрозоли и пылевзвеси) и шахтные воды (добыча урановых руд). • газообразные и жидкие отходы и пустая порода, содержащая остаточные продукты распада (обогащение урановых руд). • жидкие и твердые радиоактивные отходы в виде загрязненного оборудования, фильтроматериалов, шламов и т.п. (очистка уранового концентрата и производство тепловыделяющих элементов (ТВЭлов)). Основными носителями активности этой группы отходов являются α-излучающие природные радионуклиды урана, радия и тория. Отходы, возникающие при эксплуатации АЭС. В реакторах АЭС ядерное топливо распадается на радиоактивные продукты деления. Большинство их остается в топливных сборках и перемещается с отработавшим топливом при его выгрузке из реактора. Из-за дефектов оболочек топливных элементов они, частично, попадают в систему охлаждения реактора и далее распространяются по тракту первого контура. В охлаждающей среде реактора происходит нейтронная активация нерадиоактивных компонентов и продуктов коррозии. Эти загрязнения появляются в некоторых потоках АЭС: протечки циркуляционного контура и отдельного оборудования, промывки сорбентов систем очистки теплоносителя, дезактивационные растворы, воды от дезактивации помещений и душевых, сбросы радиохимической лаборатории и т.д.. Небольшие количества газообразных отходов (тритий, I, Аr, Хе) образуются в нормальной эксплуатации реактора из дефектов тепловыделяющих элементов. Твердые радиоактивные отходы на АЭС образуются в результате радиоактивного загрязнения поверхностей жидкими или аэрозольными загрязнителями, а также в результате нейтронной активации конструкционных материалов реактора. Состав и количество отходов зависят от типа реактора и условий эксплуатации. При эксплуатации энергетического ядерного реактора мощностью 1000 МВт образуется 200…300 м3 твердых низко- и среднеактивных отходов в год (таб. 2.1). Это металлические конструкции, различное оборудование, фильтрующие материалы газо- и водоочистки, лабораторная посуда, защитная одежда и обтирочные материалы, производственный мусор и т.д. [4]. Наиболее биологически значимыми и долгоживущими радионуклидами, потенциально опасными в течение длительного времени, относятся основные компоненты ядерного топлива (235U, 239Pu), трансурановые элементы (ТУЭ) - 237Np, 241Am, 244Cm и другие продукты их деления, включая 137Cs, 90Sr, лантаниды (152Eu, 151Sm), а также 63Ni, 60Co, 54Mn, образующиеся в конструкционных материалах ядерных установок. Радиоактивные отходы снятия АЭС с эксплуатации. При снятии с эксплуатации и демонтаже ядерной установки образуются отходы и мусор, содержащие остаточные радиоактивные загрязнения. Часть работ по снятию с эксплуатации проводится немедленно, а другая часть откладывается на 50-100 лет для распада короткоживущих радионуклидов и создания в этой связи более безопасной радиационной обстановки. Таблица 2.1. Радиоактивные отходы, возникающие при эксплуатации АЭС
Облученное ядерное топливо может рассматриваться как радиоактивные отходы, подлежащие хранению и последующему захоронению, или как сырье делящихся материалов для производства нового ядерного топлива. В обоих случаях это высокоактивные отходы, требующие специальные методы обращения. 2.2.2. Радиоактивные отходы медицины, науки, промышленности. В медицине радиоактивные источники излучения и материалы применяют в клинической диагностике, радиотерапии, стерилизации медицинских изделий и инструментов и т.п. Наиболее часто используются доступные комплекты, содержащие чаще всего 125I или 99тТх, имеющий период полураспада 6 часов, в количестве нескольких кБк. Среди радионуклидов, использующихся при приготовлении терапевтических радиофармацевтических препаратов наиболее существенными с точки зрения отходов, являются 131I, 32P, 90It и 153Sm. После каждого индивидуального анализа и после истечения срока годности комплекта, радиоактивный материал и загрязненные предметы превращаются в радиоактивные отходы. Источники, радиоактивность которых распалась до уровней, которые делают их неприемлемыми для медицинского использования, являются радиоактивными отходами. В результате фундаментальных и прикладных исследований, с использований радионуклидов, образуются твердые, жидкие и биологические РАО: • Производство и маркировка составов в биологических исследованиях, содержащих несколько МБк (3Т, 125I, 14С, 32P). Диапазон используемых радионуклидов ограничен и активность низка. Отходов от процесса нанесения радиометок много как в отношении общей активности, так и концентрации активности (удельной активности). • Исследование метаболических, токсикологических или экологических проблем. Наиболее часто используемые радионуклиды 3Т, 14С; • Разработка и применение в исследовательских целях клинических препаратов и фармацевтических составов; • Исследования в области ядерного топливного цикла используют небольшие количества расщепляющегося материала (U, Pt) и относительно долгоживущие продукты деления. Образующиеся отходы включают твердые материалы и жидкости, содержащие используемый расщепляющийся материал и продукты деления; • Фундаментальные исследования в области физики, химии и биологии с применением радионуклидов могут включать неразрушающие испытания, физику твердого тела и разработку новых материалов. Спектр используемых радиоизотопов может быть очень широк. Закрытые радиоактивные источники используются в промышленности для: неразрушающего анализа, стерилизации продуктов и других предметов, технологического управления процессами и для калибровки лабораторного оборудования. Доминирующий радионуклид присутствует в очень сконцентрированной форме, общая активность зависит от применения и природы излучения источника. После распада до уровня, делающего их непригодными для первоначальных целей, они становятся отходами. В добывающих и перерабатывающих отраслях промышленности образуются отходы и материалы, загрязненных естественными радионуклидами, содержащимися в природном сырье. Их классифицируют как NORM -Naturally Occurring Radioactive Materials. К таким радионуклидам относятся 14C, 40K, 48Ca, изотопы урана, тория и др. Концентрация их в отходах производства и в полезных материалах может превышать уровни, установленные для радиоактивных отходов или материалов. 2.3. Классификация радиоактивных отходов Типы, форма, количества и характеристики образующихся радиоактивных отходов зависят от: • вида ядерной деятельности, • характера установок и процессов, • свойств используемых материалов, • области применения радиоактивных материалов, • квалификации персонала и культура производства, и др. По физическому состоянию отходы делятся на твердые, жидкие и газообразные. Характер твердых отходов определяется их составом и свойствами - металлы, материалы органической или неорганической природы, и т. д. Жидкие отходы различают водные, неводные, смешанные и т. д. Газообразные отходы также варьируются по категориям. Для эффективной обработки, кондиционирования и захоронения, отходы разделяют на категории или классы в соответствии с их радиологическими, биологическими, физическими и химическими характеристиками, а также в зависимости от их приемлемости к методам обработки (и захоронения). Классификация - это система объединения и соподчинения объектов и понятий, используемая как средство установления связей между ними. Основанием для классификации служат основные признаки (критерии), подлежащие дифференцированию, степень которого зависит от цели классификации. Число классов должно быть сбалансировано между желательным дифференцированием и легкостью обращения с системой классификации. В области обращения с радиоактивными отходами существует ряд качественных и количественных систем классификации, разработанных с учетом требований безопасности, обработки, транспортирования, захоронения и пр. Классификация радиоактивных отходов необходима на всех стадиях: от их возникновения, в процессе обработки, при хранении, транспортировке и вплоть до захоронения. Цель классификации радиоактивных отходов состоит в разделении отходов на потоки или составляющие компоненты, позволяющие максимально оптимизировать процесс последующей обработки, получения стабильных форм и упаковок, пригодных для безопасной транспортировки, хранения и захоронения, и обеспечить при этом безопасность персонала, окружающей среды и населения. Классификация радиоактивных отходов способствует: • На концептуальном уровне: - разработке общей стратегий обращения с отходами; - планированию и проектированию объектов обращения с отходами. • На уровне государственного регулирования: - выбору подходов для обеспечения безопасности по категориям отходов; - определению степени потенциальной опасности, исходящей от определенного типа отходов; - определению количественных характеристик отходов, требований к их обработке и захоронению. • На эксплуатационном уровне: - определению условий эксплуатации систем работы с отходами; - учету движения отходов. • На уровне коммуникации и взаимодействий: - введению определений, терминологии и акронимов для взаимопонимания и взаимодействия экспертов, производителей и переработчиков отходов, регулирующих органов и населения. Из указанных целей классификации вытекают принципы и требования к ним. Системы классификации радиоактивных отходов должны: • охватывать полный спектр радиоактивных отходов; • учитывать все стадии обращения с радиоактивными отходами; • отражать потенциальную опасность отдельных классов радиоактивных отходов; • быть открытыми для развития; • базироваться на принятой терминологии; • быть логичной и понятной. Классификация на концептуальном уровне, т. е. для выработки стратегии обращения с радиоактивными отходами на уровне государства рассматривает основные источники РАО и их общие количества, т.е. классифицирует отходы по источникам их образования: • отходы от добычи и переработки урановых руд и производства ядерного топлива, • отходы от эксплуатации АЭС, • отходы от использования радиоизотопов в неэнергетических отраслях (медицина, промышленность, наука и т.д.), • отходы от снятия ядерных объектов с эксплуатации, • радиоактивные отходы горнодобывающей промышленности, и т.д. Оценка потенциальных или существующих источников РАО, масштабов и динамики их образования, основных характеристиках РАО образующихся в стране позволяет определить общие требования к государственной стратегии и политике обращения с радиоактивными отходами. На выбор такой стратеги и политики могут также оказывать влияние существующие в стране социальные, политические и правовые аспекты. Классификация на уровне государственного регулирования отображает потенциальную опасность образующихся отходов и регламентирует требования обеспечения безопасности. РАО классифицированы по критерию потенциальной опасности: • По уровню активности, с определением количественных характеристик: - отходы высокого уровня активности, - отходы среднего уровня активности, - отходы низкого уровня активности, - отходы очень низкого уровня активности и т. д. • По периоду полураспада радиоизотопов, определяющему необходимое время их изоляции: - очень короткоживущие (часы, дни), - короткоживущие (месяцы), - среднеживущие (годы), - долгоживущие (столетия и выше). Все классы РАО характеризуются количественными определениями параметров: по типу радиоактивности, уровню и удельной активности, периоду полураспада, содержанию делящихся материалов и нерадиоактивных опасных компонентов (биологически активных, инфекционных, химически агрессивных или токсичных веществ). Для каждого класса РАО определяются требования по безопасному хранению, транспортировке и захоронению, которые определяют выбор соответствующих технологий и процедур обращения с каждым классом РАО. Эта классификация должна быть закреплена в государственных регламентирующих документах. Классификация на эксплуатационном уровне разделяет отходы на потоки внутри класса, позволяет эффективно использовать существующие технологии обработки и кондиционирования, обеспечить безопасность и требования к качеству конечных форм и упаковок отходов. Первая ступень классификации на эксплуатационном уровне – по физическому состоянию: твердые (ТРО), жидкие (ЖРО) и газообразные. Твердые отходы подразделены на сухие и влажные. Жидкие отходы классифицированы как водные и органические. Подразделение базируется на количественных значениях показателей. Важным параметром является радиологические свойства отходов: • время жизни радионуклидов • выделение тепла • интенсивность проникающей радиации • активность и концентрация радионуклидов • поверхностное загрязнение • дозовые факторы отдельных радионуклидов. К твердым радиоактивным отходам низкого уровня радиоактивности относят: • спецодежду и средства индивидуальной защиты; • бумагу, древесину, строительные материалы, тару; • оборудование, изделия из металлов и сплавов; • изделия из керамики, стекла (например, лабораторную посуду); • изделия из резины, полимерных материалов и пластмассы; • материалы из центров вивисекции (подстилки и пр.) и трупы экспериментальных животных; • ионообменные смолы, фильтры системы газовой очистки; • загрязненные почвы. Водные отходы разделяют с учетом их химических характеристик: • химический потенциал радионуклидов, • коррозионная активность растворов, • содержание органики, • химическая реактивность и рН, • общее солесодержание, • наличие токсичных и биологически опасных компонентов, • наличие комплексообразователей и ПАВ, и др. Органические отходы, в силу своих специфических свойств, требуют специальных методов обработки, и, соответственно, классификации в зависимости от свойств и приемлемости для конкретных методов или технологий обработки. Национальные системы классификации учитывают частные экологические проблемы, наличие и освоенность технологий переработки, преобладание определенных типов отходов и т.п. Отсутствие согласованных количественных критериев (концентрации и уровни удельной активности радионуклидов) обусловлено различием подходов и технологий, существующих в разных странах. Классификация радиоактивных отходов Российской Федерации по уровню содержания радионуклидов базируется на их удельной активности (таб. 2.2).
Таблица 2.2. Классификация жидких и твердых радиоактивных отходов в России
Классификация Соединенных Штатах Америки выделяет 5 категорий радиоактивных отходов: • YM\E: "высоко радиоактивный материал, образующийся в результате переработки отработавшего топлива, включая жидкие отходы, и любой твердый материал, полученный из таких жидких отходов, который содержит продукты деления в значительной концентрации, и другой высокорадиоактивный материал, который Комиссия по ядерному урегулированию США в соответствии с существующим законом определяет как материал, требующий постоянной изоляции. В разомкнутом топливном цикле отработавшее ядерное топливо рассматривается в качестве высокоактивных отходов". • Трансурановые (ТЯТТ) отходы: определяет ТЯТТ отходы как отходы, содержащие альфа- излучающие изотопы с атомным номером, большим чем 92, с периодом полураспада > 5 лет и концентрацией >3,7∙106 Бк/кг. Министерство энергетики и Агентство по охране окружающей среды используют несколько отличное определение, сохраняя для NZb отходов такую же концентрацию, но указывают период полураспада > 20 лет. • Низкоактивные отходы (SLE): не являющимися YM\E, отработавшим ядерным топливом, ТЯЦ-отходами, или побочными материалами, как определено в разделе Акта по атомной энергии 1954 года. • Хвосты горнодобывающих заводов. • Природный материал или материал, произведенный на ускорителях, который классифицируется с точки зрения захоронения как SLE и регулируется не Федеральным комитетом, а законодательствами штатов. Во Франции, твердые радиоактивные отходы классифицируют тремя категориями: • Категория А: Низко- и среднеактивные отходы, содержащие короткоживущие радионуклиды (время полураспада ~30 лет) и содержащие только следы долгоживущих радионуклидов (3,7·106 Бк/кг). Подлежат захоронению в поверхностных могильниках с ожидаемым административным контролем, не превышающим 300 лет. • Категория B: Среднеактивные отходы, содержащие долгоживущие радионуклиды (Т1/2>30 лет), главным образом альфа-излучающие радионуклиды, без существенного тепловыделения, характеризуемые как TRU отходы с низким выделением тепла, с максимальным содержанием 3,7·106 Бк/кг, и со средней загрузкой отходов в хранилище, не превышающей 3,7·105 Бк/кг. • Категория C или HLW: Отходы, содержащие продукты распада, образующиеся от переработки топлива, отвержденные остекловыванием и характеризуемые высоким тепловыделением во время их образования. Во Франции и Великобритании выделяют категорию радиоактивных отходов очень низкого уровня активности. В Великобритании к таким относят отходы, содержащие на каждый 0,1 м3 менее 400 кБк ß/yд. активности или единичные упаковки с суммарной активностью менее 40 кБк. Недостатки национальных систем классификации отходов и отсутствие их согласованности вынудило МАГАТЭ выработать свою, в основе которой лежит учет вариантов окончательного захоронения РАО [7]. Основным признаком классификации служит длительность распада нуклида т. к. требования к технологии захоронения отходов во многом определяются временем, в течение которого отходы сохраняют токсичность. Таблица 2.3. Классификация отходов МАГАТЭ
В Украине законодательная база в области классификации и обращения с РАО находится в стадии становления. До 2005 г. все радиоактивные отходы классифицировались в соответствии с Санитарными правилами АЭС (СПАС-88), СПОРО-85, НРБУ-97/Д-2000. В настоящее время основной документ для классификации РАО Украины — Основные санитарные правила Украины (ОСПУ 2005). В них отсутствует категория РАО, условно освобождаемых от контроля регулирующих органов со специальными условиями, предусмотренная в НРБУ-97/Д-2000 В НРБУ-97/Д-2000 и ОСПУ-2005 завышены требования к РАО с α-излучающими ТУЭ (<10 Бк/г) по сравнению с рекомендациями МАГАТЭ (400 Бк/г). Имеются несоответствия и противоречия в различных нормативных документах по классификации РАО. Существующая классификация не отражает в достаточной мере потребности по захоронению РАО. Отсутствует классификация РАО по признаку поверхностного загрязнения. Установлен один из самых жестких критериев отнесения РАО к долго существующим. Отсутствуют методы характеризации по радионуклидному составу и критерии к конечному продукту (упаковке РАО), определяемому к долгосрочному хранению или захоронению, на этапе передачи на хранение или захоронение. [8] 2.4. Газообразные выбросы АЭС Радиационную обстановку вокруг АЭС формируют инертные радиоактивные газы (ИРГ) и изотопы йода, содержащиеся в вентиляционных газах (таб. 2.4). Таблица 2.4. Газообразные радионуклиды осколочного происхождения
Аэрозольные выбросы содержат изотопы 89Sr, 90Sr, 134Cs и 137Cs, которые являются продуктами распада газообразных нуклидов. Газоаэрозольные выбросы в окружающую среду от реакторов ВВЭР поступают дегазацией и испарением воды теплоносителя первого контура. Вода насыщается радиоактивными веществами в результате активации (3H,14C,41Ar) и непосредственного контакта с негерметичными оболочками ТВЭЛов (изотопы I, С, Kr, Xe, Sr, Ce, Ru). Производительность РАСВ - 80000 м3/ч, СВР - 22500 м3/ч. Система вентиляции для поддержания разряжения в гермозоне реакторного отделения (СВРРО) обеспечивает работу блока на мощности. Расход вентилируемого с очисткой воздуха - 3000 м3/ч. Вытяжку из шкафов лабораторий осуществляет система ВШЛ, производительностью 3600 м3/ч. Вентиляцию помещений маслосистемы и подпиточных насосов осуществляет система ВПМПН с расходом - 1700 м3/ч Системы выбрасывают газы в вентиляционную трубу: без очистки от радионуклидов, с очисткой только от аэрозолей и с "двойной" очисткой - от аэрозолей и от йодов. Системы, в которых не предусмотрена очистка газов, обслуживают помещения с незначительной активностью сред (переработки продувочной воды парогенераторов, доочистки дистиллята выпарных аппаратов, контрольных баков и т.д.), а также помещения, не содержащие оборудования с активными средами. Вентиляционные системы с "двойной" очисткой обслуживают помещения, где возможны протечки активных сред, содержащих йод (СВО-3 и СВО-6, баков, выпарных аппаратов, вентиляционные камеры насосов, узла промежуточного хранения жидких радиоактивных отходов). Их производительность составляет 2000- 6500 м3/ч. Потоки очищенного воздуха сбрасываются в атмосферу через вентиляционные трубы спецкорпуса и реакторного отделения, высотой Н=100 м. Газоаэрозольные выбросы могут также попадать в атмосферу через выхлоп эжекторов турбины в систему охлаждения. Активность проникает во второй контур из первого с протечками теплоносителя первого контура через неплотности трубной системы парогенераторов. В конденсаторе турбины происходит отделение неконденсирующихся газов, которые затем отсасываются эжекционными установками. При номинальном режиме работы блока, величина выброса радиоактивных веществ в атмосферу из венттрубы реакторного отделения определяется наличием неорганизованной протечки теплоносителя I контура в одном из помещений реакторного отделения и сдувов из технологического оборудования. При расчете сдувов из технологического оборудования учитываются сдувки только из деаэратора продувки-подпитки. Сдувы от другого оборудования, из-за малости расхода и больших времен задержки на фильтре-адсорбере, обычно, не учитывают. При расчете выбросов из спецкорпуса принимаются протечки в 20 помещениях спецкорпуса. Во всех случаях учитывается выход РБГ из фильтров вентсистем при их появлении вследствие распада изотопов-предшественников.
Блок 440 Мвт
Блок 1000 МВт Рис. 2.2. Схемы поступления радиоактивных веществ в воздушную среду при нормальной работе энергоблоков 440 и 1000 МВт.
Таблица 2.5. Удельная активность газообразных выбросов в номинальном режиме.
|
