Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Радиоактивные отходы

План

Введение

I .Радиоактивные отходы

Применение радиоактивных источников в различных

сферах деятельности человека

1.1.1 Химическая промышленность

1.2 Деревообрабатывающая промышленность

1.3 Городское хозяйство

1.4 Медицинская промышленность

1.5. Радиационная стерилизация изделий и материалов

1.6. Производство радиоизотопных электрокардиостимуляторов

1.7 Сельское хозяйство и пищевая промышленность

1.8 Радиоизотопная диагностика (введение в организм радиоактивного

препарата)

2.1.1 Мертвое озеро Кошкар-ата

1.2 Способы дезактивации озера

1.3 Грунтовые воды из хвостохранилища Кошкар-ата не представляют

угрозы

1.4 Рекультивация

1.5 Виды рекультивации

1.6 Рекультивация хранилища Кошкар-Ата

III Заключение

Список литературы

Радиоактивные отходы.

Радиоактивные отходы (РАО)-отходы,содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности.

В настоящее время трудно найти отрасль науки, техники, промышленности, сельского хозяйства и медицины, где бы не применялись источники радиоактивности (радиоактивные изотопы). Искусственные и естественные радиоактивные изотопы – мощный и тонкий инструмент для создания чувствительных способов анализа и контроля в промышленности, уникальное средство для медицинской диагностики и лечения злокачественных опухолевых заболеваний, эффективное средство воздействия на различные вещества, в том числе органические. Наиболее важные результаты получены при использовании изотопов как источников излучения. Создание установок с мощными источниками радиоактивного излучения позволило использовать его для контроля и управления технологическими процессами; технической диагностики; терапии заболеваний человека; получения новых свойств веществ; преобразования энергии распада радиоактивных веществ в тепловую и электрическую и др. Наиболее часто для этих целей используются такие изотопы как ⁶⁰CO, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и изотопы плутония. Для недопущения разгерметизации источников к ним предъявляются жёсткие требования по механической, термической и коррозийной устойчивости. Это обеспечивает гарантию сохранения герметичности в течение всего периода эксплуатации источника.

Применение радиоактивных источников в различных сферах деятельности человека.

Химическая промышленность

Радиационно-химическое модифицирование полиамидного полотна для придания ему гидрофильных и антистатических свойств.
Модифицирование текстильных материалов для получения шерстоподобных свойств.
Получение хлопчатобумажных тканей с антимикробными свойствами.
Радиационное модифицирование хрусталя для получения хрустальных изделий различного цвета.
Радиационная вулканизация резинотканевых материалов.
Радиационное модифицирование полиэтиленовых труб для повышения термостойкости и стойкости к агрессивным средам.
Отвердение лакокрасочных покрытий на различных поверхностях.

Деревообрабатывающая промышленность

В результате облучения мягкое дерево приобретает значительно низкую способность сорбировать воду, высокую стабильность геометрических размеров и более высокую твёрдость (изготовление мозаичного паркета).

Городское хозяйство

Радиационная очистка и обеззараживание сточных вод.

Медицинская промышленность

Радиационная стерилизация изделий и материалов

Номенклатура радиационно-стерилизуемой продукции включает свыше тысячи наименований, в том числе шприцы одноразового пользования, системы службы крови, медицинский инструментарий, шовные и перевязочные материалы, различные протезы, применяемые в сердечно-сосудистой хирургии, травматологии и ортопедии. Основное преимущество радиационной стерилизации состоит в том, что она может осуществляться непрерывно с большой производительностью. Пригодна для стерилизации готовой продукции, упакованной в транспортную тару или вторичную упаковку, а также применима для стерилизации термолабильных изделий и материалов.

Производство радиоизотопных электрокардиостимуляторов с источниками питания на основе ²³⁸Pu. Имплантируемые в организм человека, они применяются для лечения различных нарушений ритма сердца, не поддающихся медикаментозному воздействию. Применение радиоизотопного источника питания повышает их надёжность, увеличивает срок службы до 20-ти лет, возвращает больных к нормальной жизнедеятельности за счёт сокращения числа повторных операций по вживлению электрокардиостимулятора.

Сельское хозяйство и пищевая промышленность

Сельское хозяйство – важная область применения ионизирующих излучений. К настоящему времени в практике сельского хозяйства и научных исследованиях сельскохозяйственного профиля можно выделить следующие основные направления использования радиоизотопов:

облучение с/х объектов (в первую очередь – растений) малой дозой в целях стимуляции их роста и развития;
применение ионизирующих излучений для радиационного мутагенеза и селекции растений;
использование метода лучевой стерилизации для борьбы с насекомыми – вредителями с/х растений.

Предпосевное облучение семян и клубней (пшеница, ячмень, кукуруза, картофель, свекла, морковь) приводит к улучшению посевных качеств семян и клубней, ускорению процессов развития растений (скороспелость), повышает устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды.

В области селекции проводятся исследования по мутагенезу. Целью является отбор макромутаций для выведения высокоурожайных сортов. Представляющие интерес радиационные мутанты уже получены для более чем 50-ти культур.

Применение ионизирующих излучений для стерилизации насекомых-вредителей на элеваторах и в зернохранилищах позволяет уменьшить потери урожая до 20%.

Известно, что ионизирующие γ-излучения предупреждают прорастание картофеля и лука, используются для дезинсекции сушёных фруктов, пищевых концентратов, замедляют микробиологическую порчу и продлевают сроки хранения плодов, овощей, мяса, рыбы. Выявлена возможность ускорения процессов старения вин и коньяка, изменение скорости созревания плодов, удаления неприятного запаха лечебных вод . В консервной промышленности (рыбной, мясомолочной, овощной и фруктовой) широкое применение имеет стерилизация консервов. Следует заметить, что исследование облучённых продуктов питания показало, что γ -облученные продукты безвредны.

Мы рассмотрели применение радиоизотопов, специфическое для отдельных отраслей промышленности. Кроме того, повсеместно в промышленности применяются радиоизотопы для следующих целей:

измерение уровней жидкостей расплавов;
измерение плотностей жидкостей и пульп;
счёт предметов на контейнере;
измерение толщины материалов;
измерение толщины льда на летательных и других аппаратах;
измерение плотности и влажности почво-грунтов;
неразрушающая γ -дефектоскопия материалов изделий.

Далее рассмотрим применение р/а изотопов в других областях: медицине и других научно-прикладных областях.

Непосредственно в медицинской практике нашло клиническое применение радиоизотопных терапевтических аппаратов, а также клиническая радиоизотопная диагностика.

Освоены γ -терапевтические аппараты для наружного γ -облучения. Эти аппараты значительно расширили возможности дистанционной γ -терапии опухолей за счёт использования вариантов статического и подвижного облучения.

К отдельным локализациям опухолей используются различные варианты и способы лучевого лечения. Стойкие пятилетние излечения при 1, 2 и 3 стадиях получены соответственно у

90-95, 75-85 и 55-60% больных. Хорошо известна также положительная роль лучевой терапии в лечении рака молочной железы, лёгкого, пищевода, полости рта, гортани, мочевого пузыря и других органов.

Радиоизотопная диагностика (введение в организм радиоактивного препарата) стала неотъемлемой частью диагностического процесса на всех этапах развития заболевания или оценки функционального состояния здорового организма. Радиоизотопные диагностические исследования могут быть сведены к следующим основным разделам:

определение радиоактивности всего тела, его частей, отдельных органов в целях выявления патологического состояния органа;
определение скорости передвижения радиоактивного препарата по отдельным участкам сердечно-сосудистой системы;
изучение пространственного распределения радиоактивного препарата в теле человека для визуализации органов, патологических образований и др.

К числу наиболее важных аспектов диагностики относятся патологические изменения сердечно-сосудистой системы, своевременное обнаружение злокачественных новообразований, оценка состояния костной, кроветворной и лимфатической систем организма, которые представляют собой труднодоступные объекты для исследования традиционными клинико-интрументальными методами.

В клинической практике внедрены Nay, меченный ¹³y для диагностики заболеваний щитовидной железы; NaCe, меченный ²⁴Na для изучения местного и общего кровотока;

Na₃ PO₄, меченный ³³P для изучения процессов накопления его в пигментных образованиях кожи и других опухолевых образованиях.

Ведущее значение получил метод диагностики в неврологии и нейрохирургии с использованием изотопов ⁴⁴Tc, ¹³³Xe и ¹⁶⁹Y. Он необходим для уточненного диагноза заболеваний головного мозга, а также заболеваний сердечно-сосудистой системы. В нефрологии и урологии применяются радиоактивные препараты, содержащие ¹³¹Y, ¹⁹⁷Hg,

¹⁶⁹Yb, ⁵¹Cr и ¹¹³Yn. Благодяря внедрению радиоизотопных методов обследования улучшилась ранняя заболеваемость почек и других органов.

Научно-прикладное применение р/изотопов очень широко. Остановимся на некоторых:

Практический интерес представляет использование радиоизотопных энергетических установок (РЭУ) электрической мощностью от нескольких единиц до сотен Ватт. Наибольшее пратическое применение нашли радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых преобразование энергии р/а распада в электрическую осуществляется с использованием термоэлектрических преобразователей, такие энергоустановки отличаются полной автономностью, возможностью работы в любых климатических условиях, большим сроком службы и надёжностью в работе.

Радиоизотопные источники питания обеспечивают работу в системах автоматических метеорологических станций; в системах навигационного оборудования в отдалённых и необжитых районах (эл. питание маяков, створных знаков, навигационных огней).

Благодаря положительному опыту применения их в условиях низкой температуры, стало возможным использование их в Антарктиде.

Известно также, что на аппаратах, перемещавшихся по поверхности Луны (луноходах) были использованы изотопные энергетические установки с ²¹ºPo.

Применение р/а изотопов в научных исследованиях невозможно переоценить, так как все практикующие методы вытекают из положительных результатов в исследованиях.

Кроме того, следует упомянуть и такие совсем узкие специализации как борьба с вредителями в старинных предметах искусства, а также применение естественных р/а изотопов в радоновых ваннах и грязях при санаторно-курортном лечении.

По окончании срока эксплуатации р/а источники в установленном порядке должны быть доставлены на специальные комбинаты для переработки (кондиционирования) с последующим захоронением как радиоактивные отходы.

Радиоактивные отходы, проблемы их захоронения

Проблема радиоактивных отходов является частным случаем общей проблемы загрязнения окружающей среды отходами человеческой деятельности. Но в то же время резко выраженная специфика РАО требует применения специфичных методов обеспечения безопасности для человека и биосферы.

Исторический опыт обращения с производственными и бытовыми отходами сформировался в условиях, когда осознание опасности отходов и программ её нейтрализации опиралось на непосредственные ощущения. Возможности последних обеспечивали адекватность осознания связей непосредственно воспринимаемых органами чувств воздействий с наступающими последствиями. Уровень знаний позволял представить логику механизмов воздействия отходов на человека и биосферу, достаточно точно соответствующую реальным процессам. К практически выработанным традиционным представлениям о методах обезвреживания отходов исторически присоединились и разработанные с открытием микроорганизмов качественно иные подходы, образовав не только эмпирически, но и научно обоснованное методическое обеспечение безопасности человека и среды его обитания. В медицине и системах управления обществом были сформированы соответствующие подотрасли, например, санитарно-эпидемиологическое дело, коммунальная гигиена и т.п.

С бурным развитием химии и химических производств в производственных и бытовых отходах в массовых количествах появились новые, ранее не попадавшие в них элементы и химические соединения, в том числе не существующие в природе. По масштабам это явление стало сопоставимо с естественными геохимическими процессами. Человечество оказалось перед необходимостью выйти на другой уровень оценки проблемы, где должны учитываться, например, аккумулятивные и отложенные эффекты, методы выявления дозировок воздействий, необходимость применения новых методов и специальной высокочувствительной аппаратуры для обнаружения опасности и т.п.

Качественно иную опасность, хотя и сходную с химической по некоторым из признаков, принесла человеку «радиоактивность», как явление, не воспринимаемое органами чувств человека непосредственно, не уничтожаемое известными человечеству способами и пока ещё в целом недостаточно изученное: нельзя исключить обнаружение новых свойств, воздействий и последствий этого явления. Поэтому при формировании общих и конкретных научных и практических задач «по ликвидации опасности РАО» и, в особенности, при решении этих задач возникают постоянные затруднения, показывающие, что традиционная постановка недостаточно точно отражает реальный, объективный характер «проблемы РАО». Тем не менее, идеология такой постановки широко распространена в правовых и не правовых документах общегосударственного и межгосударственного характера, которые, как можно предположить, охватывают широкий спектр современных научных воззрений, направлений, исследований и практических мероприятий; учитывают разработки всех известных отечественных и иностранных организаций, занимающихся «проблемой РАО».

Постановлением Правительства РФ от 23.10.1995 г. № 1030 утверждена Федеральная целевая Программа «Обращение с радиоактивными отходами и отработавшими ядерными материалами, их утилизация и захоронение на 1996-2005 годы».

Радиоактивные отходы рассматриваются в ней «как не подлежащие дальнейшему использованию вещества (в любом агрегатном состоянии), материалы, изделия, оборудования, объекты биологического происхождения, в которых содержание радионуклидов превышает уровни, установленные нормативными актами. В Программе выделен специальный раздел «Состояние проблемы», содержащий описание конкретных объектов и общественных сфер, где происходит «обращение с радиоактивными отходами», а также общие количественные характеристики «проблемы РАО» в России.

«Большое количество накопленных некондиционированных радиоактивных отходов, недостаточность технических средств для обеспечения безопасного обращения с этими отходами и отработавшим ядерным топливом, отсутствие надёжных хранилищ для их длительного хранения и (или) захоронения повышают риск возникновения радиационных аварий и создают реальную угрозу радиоактивного загрязнения окружающей среды, переоблучения населения и персонала организаций и предприятий, деятельность которых связана с использованием атомной энергии и радиоактивных материалов».

Основные источники радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности – атомная энергетика (отработанное ядерное топливо) и военные программы (плутоний ядерных боеголовок, отработанное топливо транспортных реакторов атомных подводных лодок, жидкие отходы радиохимических комбинатов и др.).

Возникает вопрос: следует ли рассматривать РАО просто как отходы или как потенциальный источник энергии? От ответа на этот вопрос зависит, хотим ли мы их хранить (в доступном виде) или захоранивать (т.е. делать недоступными). Общепринятый ответ в настоящее время состоит в том, что РАО – это действительно отходы, за исключением, может быть, плутония. Плутоний теоретически может служить источником энергии, хотя технология получения энергии их него сложна и довольно опасна. Многие страны, в том числе Россия и США, находятся теперь на распутье: «запускать» плутониевую технологию, используя плутоний, высвобождаемый при разоружении, или захоранивать этот плутоний? Недавно правительство России и Минатом объявили, что они хотят перерабатывать оружейный плутоний совместно с США; это означает возможность развития плутониевой энергетики.

В течение 40 лет учёные сравнивали варианты избавления от РАО. Главная идея – их надо поместить в такое место, чтобы они не могли попасть в окружающую среду и нанести вред человеку. Эту способность вредить РАО сохраняют в течение десятков и сотен тысяч лет. Облучённое ядерное топливо, которое мы извлекаем из реактора, содержит радиоизотопы с периодами полураспада от нескольких часов до миллиона лет (период полураспада – это время, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое, причём в ряде случаев возникают новые радиоактивные вещества). Но общая радиоактивность отходов значительно снижается со временем. Для радия период полураспада составляет 1620 лет, и нетрудно подсчитать, что через 10 тысяч лет останется около 1/50 первоначального количества радия. Нормативы большинства стран предусматривают обеспечение безопасности отходов на срок 10 тысяч лет. Конечно, это не значит, что по истечении этого времени РАО более не будут опасны: мы попросту перелагаем дальнейшую ответственность за РАО на отдалённое потомство. Для этого надо, чтобы места и форма захоронения этих отходов были известны потомству. Заметим, что вся письменная история человечества меньше 10 тысяч лет. Задачи, возникающие при захоронении РАО, беспрецедентны в истории техники: люди никогда не ставили себе таких долговременных целей.

Интересный аспект проблемы состоит в том, что надо не только защищать человека от отходов, но одновременно защищать отходы от человека. За срок, отводимый на их захоронение, сменятся многие социально-экономические формации. Нельзя исключить, что в определённой ситуации РАО могут стать желанным объектом для террористов, мишенями для удара при военном конфликте и т.п. Понятно, что, рассуждая о тысячелетиях, мы не можем полагаться, скажем, на правительственный контроль и охрану – невозможно предвидеть, какие изменения могут произойти. Может быть, лучше всего сделать отходы физически недоступными для человека, хотя, с другой стороны, это затруднило бы нашим потомкам дальнейшие меры безопасности.

Понятно, что ни одно техническое решение, ни один искусственный материал не может «работать» в течение тысячелетий. Очевидный вывод: изолировать отходы должна сама природная среда. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках; отправлять их в космос; закладывать их в глубокие слои земной коры. В настоящее время общепринято, что оптимальный путь – захоронение отходов в глубоких геологических формациях.

Понятно, что РАО в твёрдой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твёрдую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России всё ещё практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград).

В настоящее время принята так называемая «многобарьерная» или «глубоко эшелонированная» концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.

Итак, мы попытаемся захоранивать РАО в глубокие геологические фракции. При этом нам поставлено условие: показать, что наше захоронение будет работать, как мы это планируем, на протяжении 10 тысяч лет. Посмотрим теперь, какие проблемы мы встретим на этом пути.

Первые проблемы встречаются на этапе выбора участков для изучения.

В США, например, ни один штат не хочет. Чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. Это привело к тому, что усилиями политиков многие потенциально подходящие площади были вычеркнуты из списка, причём не на основании научного подхода, а вследствии политических игр.

Как это выглядит в России? В настоящее время в России всё ещё можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предполагать при этом захоронение вблизи городов!). Полагаю, что по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США. Уже сейчас ощущается склонность Минатома переместить свою активность на военные объекты, над которыми практически нет контроля: например, для создания захоронения предполагается архипелаг Новая Земля (российский полигон № 1), хотя по геологическим параметрам это далеко не лучшее место, о чём ещё будет речь дальше.

Но предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо её изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет. Тут появляется новая проблема.

Неразработанность метода.

Геология – описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда ещё перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надёжный прогноз на такие сроки.

Представим всё же, что нам удалось выработать разумный план изучения площадки. Понятно, что для осуществления этого плана понадобится много лет: например, гора Яка в штате Невада изучается уже более 15 лет, но заключение о пригодности или непригодности этой горы будет сделано не ранее чем через 5 лет. При этом программа захоронения будет испытывать всё возрастающее давление.

Давление внешних обстоятельств.

В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п. Пример – военный объект Хэнфорд (аналог нашего «Маяка»), где находится несколько сот гигантских баков с жидкими отходами, причём для многих из них не известно, что находится внутри. Одна проба стоит 1 миллион долларов! Там же, в Хэнфорде, примерно раз в месяц обнаруживаются закопанные и «забытые» бочки или ящики с отходами.

В целом, за годы развития ядерных технологий, отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя «по старости» или даже за этой гранью.

Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится всё более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО. Но у людей, прижатых к стенке, не обязательно возникают лучшие технические решения, и возрастает вероятность ошибок. Между тем в решениях, связанных с ядерной технологией, ошибки могут очень дорого стоить.

Предположим, наконец, что мы истратили 10-20 миллиардов долларов и 15-20 лет на изучение потенциальной площадки. Пришло время принимать решение. Очевидно, идеальных мест на Земле не существует, и любое место будет иметь с точки зрения захоронения положительные и отрицательные свойства. Очевидно, придётся решить, перевешивают ли положительные свойства отрицательные, и обеспечивают ли эти положительные свойства достаточную безопасность.

Принятие решений и технологическая сложность проблемы

Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие (как говорят в Америке – «интерфейс») между наукой и политиками, принимающими решения.

Российская концепция подземной изоляции РАО и отработанного ядерного топлива в многолетнемёрзлых породах разработана в Институте промышленной технологии Минатома России (ВНИПИП). Она была одобрена Государственной экологической экспертизой Министерства экологии и природных ресурсов РФ, Минздравом РФ и Госатомнадзором РФ. Научная поддержка концепции проводится кафедрой мерзлотоведения Московского государственного университета. Следует заметить, что эта концепция уникальна. Ни в одной стране мира, насколько мне известно, вопрос о захоронении РАО в мерзлоте не рассматривается.

Основная идея такова. Помещаем тепловыделяющие отходы в мерзлоту и отделяем их от пород непроницаемым инженерным барьером. За счёт тепловыделения мерзлота вокруг захоронения начинает подтаивать, но через какое-то время, когда тепловыделение снизится (вследствие распада короткоживущих изотопов), породы снова промёрзнут. Поэтому достаточно обеспечить непроницаемость инженерных барьеров на то время, когда мерзлота будет протаивать; после промерзания миграция радионуклидов становится невозможной.

Неопределённость концепции

С этой концепцией связано, по меньшей мере, две серьёзных проблемы.

Во-первых, концепция предполагает, что промёрзшие породы непроницаемы для радионуклидов. На первый взгляд это кажется разумным: вся вода замёрзшая, лёд обычно неподвижен и не растворяет радионуклиды. Но если внимательно поработать с литературой, то оказывается, что многие химические элементы довольно активно мигрируют в промёрзших породах. Даже при температурах – 10-12ºC в породах присутствует незамерзающая, так называемая плёночная, вода. Что особенно важно, свойства радиоактивных элементов, составляющих РАО, с точки зрения их возможной миграции в мерзлоте совершенно не изучены. Поэтому предположение о непроницаемости мёрзлых пород для радионуклидов лишено всяких оснований.

Во-вторых, если даже окажется, что мерзлота действительно хороший изолятор РАО, то невозможно доказать, что сама мерзлота просуществует достаточно долго: напомним, что нормативы предусматривают захоронение на срок в 10 тысяч лет. Известно, что состояние мерзлоты определяется климатом, причём двумя наиболее важными параметрами – температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. Как вы знаете, температура воздуха повышается в связи с глобальным изменением климата. Наивысший темп потепления приходится как раз на средние и высокие широты северного полушария. Ясно, что такое потепление должно привести к протаиванию льда и сокращению мерзлоты.