Зміст лекції

Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 460

2.5. Образование жидких
радиоактивных отходов на АЭС

Жидкие радиоактивные среды образуются в процессе эксплуатации АЭС в системах реакторного отделения (РО) и спецкорпусов в результате контактов теплоносителей с ТВЭЛами (рис. 2.3.).

Рис. 2.3. Формирование жидких радиоактивных сред на АЭС.

Для очистки технологических сред от продуктов коррозии и химических примесей предусмотрены установки спецводоочистки (СВО), которые служат для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации АЭС и защиты окружающей среды (таб. 2.6).

Таблица 2.6.

Назначение спецводоочисток и перерабатываемый на них объем воды за год, (блок 1000 МВт)

Работа оборудования АЭС и СВО сопровождается образованием радиоактивных стоков в виде:

· воды дезактивации помещений, оборудования, трубопроводов;

· радиоактивных дренажей;

· сбросов пробоотборных линий;

· собственных нужд СВО;

· сбросов спецпрачечной, душевых, саншлюзов.

Все радиоактивные стоки собираются системой спецканализации под общим названием "трапные воды" и направляются для переработки на спецводоочистки СВО-3, СВО-7 (таб. 2.7).

Таблица 2.7.

Виды и количество жидких радиоактивных стоков (ЖРС).

Этим обеспечивается минимизация хранимых ЖРО и возможность повторного использования очищенных вод.

Концентрированные жидкие радиоактивные отходы и кубовые остатки после выпарных аппаратов, с солесодержанием более 390,0 г/дм³ и незначительным содержанием шлама, при помощи монжусов, направляется в емкости кубовых остатков ХЖО для временного хранения перед переработкой на установках отверждения ЖРО.

Отработанные фильтрующие материалы установок СВО (ионообменные смолы в смеси с различными сорбентами и дисперсными осадками) транспортируются в емкости ХЖО, собираются и хранятся под слоем воды. Шламы трапных вод после отстаивания или центрифугирования направляются на отверждение.

Рис. 2.4. Схема формирования и переработки ЖРО на АЭС.

Таблица 2.8.

Объемы и характеристики ЖРО

2.6. Образование твердых
радиоактивных отходов на АЭС

Твердые радиоактивные отходы на АЭС образуются в результате радиоактивного загрязнения поверхностей оборудования и конструкций жидкими или аэрозольными загрязнителями, а также в результате нейтронной активации конструкционных материалов реактора.

Состав и количество отходов зависят от типа реактора и условий его эксплуатации. Энергетический ядерный реактор мощностью 1000 МВт нарабатывает от 200 до 300 м³ твердых низко - и среднеактивных отходов в год. Они представляют собой части металлических конструкций и оборудования, ионообменные смолы и фильтры системы газоочистки, лабораторная посуда, защитная одежда и обтирочные материалы, производственный мусор и т.д.

2.7. Отходы, образующиеся при обращении с ОЯТ

Перегрузка и промежуточное хранение топлива на АЭС с ВВЭР осуществляется «мокрым» способом под защитным слоем воды. Перегрузочная машина извлекает сборки из активной зоны реактора и переносит в расположенное рядом хранилище - бассейн выдержки.

Приреакторный бассейн выдержки отработавшего ядерного топлива ВВЭР-1000 объемом 1100 м³ разделен на 3 отсека. Проектная суммарная емкость бассейна обеспечивает возможность одновременного размещения в нем 2,5 объемов активной зоны реактора (три годовых перегрузки плюс аварийная выгрузка зоны~165 т урана). Первый отсек и половина второго заняты основным стеллажом для ОТВС, в ячейки которого устанавливаются отработавшие герметичные ТВС.

В стеллажах предусмотрены ячейки для герметичных пеналов с дефектными (негерметичными) ТВС. Шаг между ячейками 400 мм по равностороннему треугольнику.

Перед плановой перегрузкой бассейн перегрузки соединяется с бассейном хранения и реактором. В режиме перегрузки топлива, когда бассейн выдержки соединен с бассейном перегрузки и реактором, требования к качеству воды в значительной степени ужесточаются как по содержанию борной кислоты, так и по химическому составу (таб. 2.9 ).

Бассейн выдержки для ОТВС РБМК-1000 состоит из двух отсеков изолированных по воде, каждый из которых представляет собой открытую ёмкость из железобетона объёмом ~750м³ с габаритными размерами (10700 х 4200 х 17520) мм, облицованную с внутренней стороны листовой нержавеющей сталью марки X18H10T толщиной 3 мм, а снаружи – углеродистой сталью. В каждом из отсеков имеется по 71 щели длиной 2 м, предназначенных для установки в них ОТВС.

Нормируемые показатели воды при хранении ОЯТ РБМК приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9.

Нормируемый состав воды бассейнов выдержки.

Реактор	pH	Cl-+F-, мкг/кг	H3BO3, г/л	Прозрачность, %	κæ, мкСм/см	Fe, мкг/л	Масла, мкг/л
ВВЭР	<4,3
РБМК	5,5 – 8,0	<100			<3	<1000	<200

Требуемое качество воды достигается путём двухступенчатой очистки: на первой ступени - механическая фильтрация продуктов коррозии, на второй ступени – обессоливание на ионообменных фильтрах.

В нормальных условиях эксплуатации, концентрация водорода под перекрытиями БВ менее 4 объем. % обеспечивается системой вентиляции надводного пространства.

Тепловыделяющие элементы, содержащие высокоактивные изотопы, после извлеченные из реактора хранятся в бассейнах выдержки от 3 до 10 лет. За это время распадаются короткоживущие нуклиды. После этого, активность отработавшего ядерного топлива определяется продуктами деления (ПД) с большим временем распада:

Кроме долгоживущих ПД, остаются и трансурановые элементы – актиноиды (нептуний, плутоний, америций, кюрий) с периодами полураспада десятки и сотни тысяч лет.

Через 10 лет после выгрузки активность содержимого ТВЭЛов уменьшается примерно в 10 раз и не превышает 325 тыс. кюри на тонну. После выдержки в бассейне, отработавшее топливо направляется на радиохимический завод для извлечения урана и плутония.

Активность ОЯТ становится допустимо безопасной, при уменьшении ее на шесть порядков, по сравнению с начальной, для чего потребуется около 20 периодов полураспада. Это означает, что, стронций и цезий следует хранить в контролируемых условиях 300 – 600 лет.

Вопросы для самопроверки.

1. Ядерный топливный цикл. Стадии ядерного топливного цикла.

2. Добыча урановых руд и производство ядерного топлива.

3. Отходы, возникающие при эксплуатации АЭС.

4. Отходы при снятии АЭС с эксплуатации.

5. Источники радиоактивных отходов.

6. Классификация радиоактивных отходов.

7. Газообразные выбросы АЭС.

8. Образование жидких радиоактивных отходов на АЭС.

9. Образование твердых радиоактивных отходов на АЭС.

10. Отходы, которые образуются при обращении с отработанным ядерным топливом.

4. МЕТОДЫ ОБРАЩЕНИЯ
С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ НА АЭС

3.1. Цель и задачи обращения с РАО

Цель обращения с радиоактивными отходами - охрана здоровья человека и обеспечение безопасности окружающей среды в настоящее время и для будущих поколений.

3.1.1. Принципы обращения с радиоактивными отходами

Достижения цели обращения с радиоактивными отходами возможно при соблюдении принципов, принятых МАГАТЭ на международном уровне [4]. Их применение универсально для всех видов радиоактивных отходов (РАО), независимо от происхождения и характеристик. В них заложена концепция системного подхода, заключающегося в том, что все стадии представляют собой элементы общей системы.

1. Охрана здоровья людей:

• контроль возможных путей облучения;

• удержание уровней облучения в пределах национальных требований, которые устанавливаются в более широкой сфере ядерной и радиационной безопасности;

• соблюдение рекомендаций Международного Комитета по Радиационной Защите (МКРЗ) в практической деятельности с РАО (обоснование, оптимизация и ограничение доз).

2. Охрана окружающей среды:

• Удержание выбросов и сбросов в процессе обращения с РАО на практически достижимом минимальном уровне;

• ограничение, насколько возможно, негативных последствий захоронения РАО для использования природных ресурсов;

• учет нерадиационного воздействия деятельности с РАО (химическое, изменение среды обитания).

3. Обеспечение безопасности за пределами национальных границ:

· Обеспечение радиационной безопасности за пределами национальных границ на основе рекомендаций МКРЗ и МАГАТЭ;

· обмен информацией и достижение договоренностей с соседними или пострадавшими странами в случае выброса радионуклидов или его угрозы;

· осуществление импорта и экспорта отходов на основе положений МАГАТЭ по международному трансграничному перемещению РАО.

4. Защита будущих поколений:

• Не превышение уровней возможного негативного влияния РАО на безопасность будущих поколений, выше уровней установленных соответствующими нормами для современного человека;

• использование принципа многобарьерной изоляции РАО при захоронении;

• учет возможной будущей геологической разведки и добычи полезных ископаемых при выборе мест захоронения ;

• учет неопределенностей долгосрочных оценок радиационной безопасности.

5. Предотвращение необоснованного бремени на будущие поколения:

• разработка поколением, извлекающим пользу от практического использования атомной энергии или радиоактивных изотопов, технологий обработки и безопасного захоронения РАО;

• обеспечение системы финансирования и контроля обращения с РАО;

• ограничение, насколько возможно, отложенных мероприятий или действий с РАО;

• регистрация и надлежащее хранение информации о типе, характеристиках и местах захоронения РАО.

6. Наличие национальной правовой структуры:

• Четкое распределение обязанностей для каждой организации участвующей в деятельности по обращению с РАО;

• отделение функций регулирования, включая применение санкций, от функций эксплуатации (обеспечение независимости регулирования);

• обеспечение долгосрочной ответственности и финансирования (учет вероятных будущих операций).

7. Контроль образования радиоактивных отходов. Обеспечение образования
РАО на минимальном практически осуществимом уровне, как по радиоактивности, так и по объему, осуществляется посредством:

• выбора и контроля материалов, их возврата и повторного использования;

• соблюдение установленных эксплуатационных регламентов;

• разделением различных видов отходов и материалов в целях сокращения объема РАО и облегчения обращения с ними.

8. Взаимосвязь между этапами обращения с радиоактивными отходами:

Обращение с радиоактивными отходами осуществляется поэтапно. Все этапы взаимосвязаны и взаимообусловлены. Этапы могут быть разделены значительными временными интервалами (до десятков лет). , на практике часто приходится принимать решение о тех или иных этапах задолго до того, как они начнут реализовываться. Выбор методов обработки на любом из этапов влияет на выбор или приемлемость их на последующих этапах. Поэтому, с начала деятельности, связанной с образованием радиоактивных отходов, должно принимать во внимание будущую деятельность по их обработке, включая и их окончательное захоронение.

9. Безопасность установок для обращения с РАО на протяжении всего срока их службы:

• выбор площадок, проектов, сооружение, эксплуатация и снятие с эксплуатации установки или закрытии хранилища в соответствии с нормами безопасности;

• предотвращение аварий и ограничение их последствий;

• обеспечение и поддержание уровня защиты от возможного радиационного воздействия;

• поддержание соответствующего уровня обеспечения качества;

• обеспечение высокого уровня подготовки и аттестации персонала;

• проведение оценок безопасности.

3.1.2. Стадии обращения с радиоактивными отходами

Радиоактивные отходы образуются в производственном цикле АЭС и при выводе установок из эксплуатации. Основные стадии обращения с РАО представлены на рисунке 3.1 [5]. Прохождение РАО через эти стадии зависит от вида отходов, определяемого характеристиками (физическими, химическими и радиационными). Отходы разделяются на группы в соответствии с методами обработки. Данные о характере и свойствах отходов передаются по стадиям обработки для регистрации, учета и документирования.

Подготовка начинается сразу после их образования. На этой стадии осуществляется разделения отходов на потоки, предназначенные для освобождения от контроля, для конкретных методов обработки, поверхностного или геологического захоронения.

Обработка отходов изменяет их характеристики, повышая безопасность или экономичность обращения.

Рис. 3.1. Основные стадии обращения с радиоактивными отходами (МАГАТЭ)

Между стадиями или в пределах отдельных стадий возможны хранение итранспортировка отходов. Длительное временное хранение РАО, для снижения уровня радиоактивности, повышает эффективность последующей обработки.

Захоронение заключается в локализации отходов в специально оборудованных хранилищах (могильниках) без намерения их изъятия. Захоронение предусматривает создание естественных и инженерных барьеров, препятствующих выходу радионуклидов в окружающую среду.

Кондиционирование обеспечивает перевод в формы, обладающие химической, термической и радиационной устойчивостью и сохраняющие стабильность при перемещении, перевозке, хранении и захоронении.

3.1.3. Выбор технологий с учетом технических факторов

Отходы различаются по происхождению, физическим, химическим и биологическим свойствам. Выбор доступных технологий обращения и обработки обусловливают фазовое состояние, объемы, активность и т.д. Принятию решения о возможности применения той или иной технологии предшествуют анализ и классификация отходов. Например, в соответствии с их фазовым состоянием рекомендуются стандартные технологии обработки (таблице 3.1).

Таблица 3.1.

Основные методы переработки радиоактивных отходов

Целесообразность и эффективность применения выбранной технологии определяется рядом показателей.

Масштабы применения технологий. Габариты системы по обращению с отходами пропорциональны количеству и интенсивности их возникновения. Различают централизованные и автономные системы, стационарные или мобильные. Большие количества отходов требуют применения методов минимизации.

Отработанность технологии. При выборе технологического процесса анализируется информация о его "зрелости":

• процесс применяется на промышленном уровне или находится в стадии разработки;

• реализован процесс для реальных отходов или имитаторов;

• наличие лицензии;

• соответствие современному технологическому уровню;

• обеспеченность оборудованием промышленного производства;

• практика эксплуатации (стоимость, надежность, ремонтопригодность).

Надежность технологии обращения с РАО включает следующие характеристики:

• чувствительность технологии к изменению состава отходов, поступающих на переработку;

• зависимость процесса от характеристик всех исходных материалов;

• степень зависимости процесса от технологических параметров;

• сложность эксплуатации, обслуживания и снятия с эксплуатации.

Диапазон применения технологии определяет возможность ее применения к различным типам отходов. Чувствительность к диапазону характеристик отходов позволяет оценить эффективность метода для их разных типов.

Характеристики конечного продукта, предназначенного для:

• дальнейшей обработки;

• захоронения без дополнительной обработки;

• иммобилизации для захоронения;

• иммобилизации для хранения;

• временного хранения;

• подготовки упаковки для последующего транспортирования или захоронения.

Конечныйпродукт должен отвечать критериям приемлемости для транспортирования: требования к типу упаковки, её размерам, весу, механической прочности, пределы для мощности дозы на поверхности и поверхностного загрязнения упаковки.

Сложность и ремонтопригодность процессов характеризуется:

• соотношением аппаратов и машин в системе;

• использованием доступных реактивов и компонентов;

• сложностью управления;

• уровнем технической компетентности эксплуатационного персонала;

• простотой конструкции;

• механической, коррозионной и радиационной стойкостью материалов;

• сложность или простота дезактивации.

Сокращение объема является одним из компонентов общей концепции минимизации РАО путем:

• сокращения источников РАО;

• минимизацией объемов образовавшихся РАО для хранения и захоронения.

Научное обеспечение предполагает наличие надежной и основательно разработанной научной базы используемой технологии.

Вторичные отходы должны быть минимальны и пригодны для последующего захоронения.

Выбор технологии обращения с РАО или комбинации методов основан на анализе всех технических и нетехнических факторов. На рисунке 3.2 приведен перечень вопросов и их последовательность, которые рассматриваются при выборе технологии.

Если время жизни радионуклидов в отходах мало, как, например, в случае некоторых медицинских применений радиоизотопов, может быть достаточна простая выдержка таких отходов до распада без применения специальных технологий обработки.

Если объем отходов значителен, необходимо преобразование их в форму, обеспечивающую безопасность в течение времени, требующегося для распада радионуклидов.

Если ядерная деятельность ведет к образованию отходов, подлежащих обработке, кондиционированию, хранению, транспортировке и захоронению, социально-политические по своей сути факторы, в том числе наличие квалифицированного персонала и вопрос стоимости, нуждаются в тщательной оценке. Например, в случае обработки высокоактивных отходов или кондиционирования отработавшего топлива для захоронения, фактор общественного мнения может играть доминирующую роль. Кроме того, концентрация внимания на стоимостных оценках может привести к упрощенному пониманию проблемы безопасного и эффективного обращения с РАО, т. е. необходима осторожная оценка финансовой выгоды и связанных с этим рисков.

3.1.4. Минимизация отходов

В документах МАГАТЭ минимизация отходов определяется как "концепция, позволяющая сократить отходы, как по количеству, так и активности до разумно достижимого минимального уровня". Минимизация отходов является частью общей программы обращения с РАО, цель которой - эффективное снижение радиологического и экологического влияния отходов на окружающую среду.

Стратегия минимизации учитывает: общую национальную стратегию обращения с РАО, законодательную базу, определение сфер ответственности, экономические условия, систему обеспечения качества, культуру безопасности, уровень развития промышленной инфраструктуры и т. д. [10].