Способы переработки радиоактивных отходов

Обращение с облученными блоками ДАВ

В настоящее время на Сибирском химическом и Горно-химическом комбинатах накоплен большой объем облученных блоков ДАВ-90, содержащих  высокообогащенный уран. Они хранятся в бассейнах выдержки реакторных заводов с 1989 года. Ежегодные обследования состояния оболочек блоков ДАВ-90 показывают наличие коррозионных дефектов.

Госкорпорация «Росатом» приняла решение о вывозе блоков ДАВ-90 на переработку в ПО «Маяк». Разработана и изготовлена партия транспортно-упаковочных контейнеров, отвечающих всем современным требованиям безопасности, ведутся работы по подготовке и оснащению необходимым оборудованием узлов загрузки-выгрузки на СХК, ГХК и ПО «Маяк», по комплектации партий блоков ДАВ для транспортирования на переработку. В 2012 году должны быть проведены полномасштабные испытания транспортно-технологической схемы вывоза ДАВ-90 в ПО «Маяк», включая «горячие» испытания.

Создание стационарных и передвижных установок очистки и концентрирования жидких РАО

Начиная с середины 1980-х годов, проводились разработка и внедрение технологий и оборудования для очистки жидких РАО различного происхождения. Были разработаны установки серии «Эко» – мобильные (а в последней версии – и модульные) установки для очистки жидких РАО с солесодержанием до 30 г/л .

Первая передвижная модульная установка серии «Эко»

Модульная установка «Эко»

Они представляют собой законченную систему обработки ЖРО, поскольку включают:

• модули водоочистки с одновременным концентрированием радионуклидов;
• модуль размыва, забора и сгущения шламов из ем­костей-хранилищ (его применение обеспечивает полное освобождение емкости от жидких РАО);
• модуль цементирования вторичных радиоактивных отходов (отработавших сорбентов, фильтрующих материалов, фильтрационных и мембранных элементов, рассолов), образующихся при очистке жидких РАО.

Модуль забора донных осадков из емкостей-хранилищ жидких РАО

Модуль цементирования

Таким образом, после обработки жидких РАО получают очищенную до норм радиационной безопасности воду и кондиционированные вторичные РАО в стандартных металлических бочках (объемом 200 л) или стандартных невозвратных бетонных контейнерах типа НЗК .

Другой вариант передвижной модульной установки – «Аква-Экспресс», предназначенная для очистки от радионуклидов растворов с химическим составом, близким к составу поверхностных вод .

Установка «Аква-Экспресс» в различной комплектации

Установка работает с применением сорбентов и ионообменных материалов. В необходимых случаях используются также ультрафильтрационный, микрофильтрационный и (с 2010 года) обратноосмотический аппараты. Оборудование представляет собой малогабаритные модули и может быть оперативно смонтировано на различных площадках вблизи источников (баков, резервуаров) загрязненной воды. Очистку производят по технологической цепочке «избирательная сорбция – ультрафильтрация», что позволяет сбрасывать нерадиоактивные соли вместе с очищенной водой.

С помощью установок «Эко» выполнены работы по дезактивации жидких РАО на Волгоградском, Нижегородском, Саратовском, Мурманском и Ростовском спецкомбинатах «Радон», а также на площадках заказчиков – в хранилище «Миронова гора» предприятия ПО «Севмаш» и Центре судостроения «Звездочка» (город Северодвинск Архангельской области) , на объектах ФГУП «СевРАО» в губе Андреева (Мурманская область) и т.д.

Установка «Эко» при проведении работ по очистке жидких РАО из емкости-хранилища

Сегодня в Научно-производственном комплексе МосНПО «Радон» действуют модульные установки «Эко-3М» и «Аква-Экспресс». Кроме того, установки «Аква-Экспресс» поставлены в Ростовское отделение ФГУП «РосРАО», а также в ряд зарубежных стран – Иран, Бангладеш, Сирию, Сербию, Узбекистан, Румынию, Азербайджан.

Важным направлением развития является разработка баромембранных технологий очистки жидких РАО. На предприятии разработаны установки обратноосмотической очистки жидких РАО производительностью от 0,5 м3/ч до 10 м3/ч, которые в настоящее время используются в Научно-производственном комплексе и спецпрачечной комбината дезактивации спецодежды и оборудования МосНПО «Радон» .

В дальнейшем предполагается модернизация установок для предварительной дезактивации ЖРО – внедрение микро- или ультрафильтрационных установок очистки от взвешенных и коллоидных примесей .

Двухступенчатая установка обратного осмоса для очистки жидких РАО

Большой опыт и авторитет специалистов предприятия в области обращения с жидкими РАО позволяют им участвовать во многих отечественных и международных проектах, в том числе под эгидой МАГАТЭ. Причем работы по проектам включают не только дезактивацию жидких РАО непосредственно на объектах заказчика, поставку и запуск установок, обучение персонала, но и научно-технологическое сопровождении проектирования, изготовления и ввода в эксплуатацию мощностей по переработке жидких РАО . В качестве примера можно привести установку «Дунай», предназначенную для очистки жидких радиоактивных отходов АЭС «Козлодуй» (Болгария).

Переработка ОЯТ

Планируется, что строящийся в Железногорске Опытно-демонстрационный центр (ОДЦ) по переработке отработавшего ядерного топлива будет сдан к 2020 году. Первый пусковой комплекс по производству МОКС-топлива (смешанное оксидное уран-плутониевое) выпускает всего 10 сборок в год, поскольку технологии пока отрабатываются и совершенствуются. В будущем мощность завода существенно вырастет. Сегодня на переработку можно отправлять сборки из обоих хранилищ Изотопно-химического завода, но очевидно, что с экономической точки зрения выгоднее начинать с переработки ОЯТ, накопившегося в «мокром» хранилище. Планируется, что в дальнейшем помимо сборок ВВЭР-1000 предприятие сможет перерабатывать ТВС реакторов на быстрых нейтронах, ТВС высокообогащенного урана (ВОУ) и ТВС зарубежного дизайна. На производстве будут получать порошок закиси-окиси урана, смесь оксидов урана, плутония, актинидов и отверждённые продукты деления.

Строительство ОДЦ

ОДЦ позиционируется как самый современный в мире радиохимический завод поколения 3+ (заводы французской компании Areva имеют поколение 2+). Главная особенность внедряемых на ГХК технологий — отсутствие жидких и меньшее количество твердых радиоактивных отходов при переработке ОЯТ.

МОКС-топливо поставляется на реакторы типа БН Белоярской АЭС. Также Росатом работает над созданием РЕМИКС-топлива, которое после 2030 года, возможно, будет использоваться на реакторах типа ВВЭР. В отличие от МОКС-топлива, где плутоний смешивается с обедненным ураном, РЕМИКС-топливо планируется изготавливать из смеси плутония с обогащенным ураном.

При условии, что в стране будет достаточное количество АЭС с разными типами реакторов, работающих на смешанном топливе, Росатому удастся приблизиться к замыканию ядерного топливного цикла.

Понятие ядерных отходов

Такие материалы представляют собой опасные вещества с радионуклидами. Согласно ФЗ № 170 «Об использовании ядерной энергии» субстанции с радиоактивными составляющими повторно применять запрещается. Они излучают огромные дозы радиации, что приводит к разрушению организма. В Россию нельзя ввозить ядерные отходы из других стран.

В зависимости от степени насыщенности опасными элементами РАО делят на такие виды:

1. Низкорадиоактивные — до 0,1 Кюри на 1 м³.
2. Средней активности — от 0,1 до 1 тыс. Кюри на 1 м³.
3. Высокорадиоактивные — от 1 тыс. Кюри на 1 м³.

Отходы классифицируются на твёрдый ядерный мусор, жидкие растворы и части конструкций реакторов на АЭС. Первая группа включает предметы техобслуживания энергетических предприятий, одежду персонала, бытовой мусор. Утилизация происходит путём сжигания в печи, а пепел смешивают с цементом. Жидкий состав заливают в ёмкости и перемещают в хранилище.

Ко второй категории относят воду для очистки костюмов и мытья сотрудников, технологические растворы. Жидкость перерабатывают, и она становится топливом для атомных реакторов. Элементы механизмов, транспорта и инструментов технического контроля предприятий относятся к третьему виду. Утилизация таких вещей — дорогостоящий процесс. Для подобных объектов строят саркофаг или частично демонтируют с целью снизить уровень радиации. Снятые фрагменты отправляют на захоронение.

РАО путают с отработанным ядерным топливом. Последнее содержит в себе тепловыделяющие элементы с фрагментами цезия 137 и стронция 90. Эти радиоактивные нуклиды применяются в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Такие растворы — ценный источник получения нового топлива для АЭС и изотопов. Отдельным видом отходов считаются жидкие технологические РАО. Они формируются после работы оборонных предприятий, АЭС и изготовления радиоизотопной продукции.

Как утилизируют ядерные отходы, способы утилизации и переработки

Первоначально предприятие, на котором образуются ядерные отходы, должно осуществить их сбор, дать характеристику, произвести сортировку и обеспечить их временное хранение. Затем надлежащим образом упакованные ядерные отходы должны транспортироваться на предприятие, где производится переработка РАО. Завод выбирает технологию по переработке и захоронению с учетом инженерных и нетехнических характеристик обращения с радиоактивными отходами.

Среднеактивные и низкоактивные РАО подвергаются следующим видам переработки:

1. Твердые:

• сгораемые отходы подвергаются сжиганию в печах, плазменному сжиганию, термохимической обработке, сжиганию при остекловывании или кислотному разложению;
• прессуемые – компактированию и суперкомпактированию;
• металлические – компактированию и плавлению;
• несгораемые и непрессуемые – отправляются в контейнеры.

1. Жидкие:

• органические сгораемые отходы подвергаются сжиганию в печах или отдельно, или вместе с твердыми отходами;
• органические несгораемые – адсорбции на порошках и цементированию, термохимической переработке;
• водные малосолевые – концентрированию и цементированию;
• водные высокосолевые – битумированию и остекловыванию.

1. Газообразные отходы подвергаются улавливанию химическими реагентами или с помощью адсорбции.

Рассмотрим разные способы утилизации ядерных отходов, которые осуществляет завод по переработке, по отдельности.

Сжиганию в специально сконструированных печах подвергается одежда, бумага, дерево, бытовой мусор, которые подверглись облучению. Пепел подлежит цементированию.

Печь для сжигания ядерных отходов

Компактирование – это прессование ТРО под давлением. Данный способ переработки неприемлем для взрывоопасных и легковоспламеняющихся веществ.

Суперкомпактирование – это спрессовывание ТРО, прошедших стадию компактирования. Производится с целью уменьшения объемов отходов.

Капсула для уплотнения ядерных отходов

Цементирование – это один из самых доступных методов переработки ядерных отходов, особенно жидких. Его преимущества:

• доступность;
• негорючесть и непластичность конечного продукта;
• дешевизна оборудования и емкостей для переработки;
• относительная простота технологии.

Битумирование – это включение РАО, особенно отходов, содержащих какие – либо жидкости, в состав битума. По технологической сложности битумирование превосходит цементирование, но оно имеет и некоторое преимущество. При битумировании происходит испарение влаги, поэтому отходы не увеличиваются в объеме и остаются влагостойкими.

Остекловывание – это способ переработки ядерных отходов разных уровней активности. Стекло является материалом, который может поглощать большой объем веществ, не входящих в его состав. Кроме того, полученный продукт не подвергнется разложению очень долгое время.

Остекловывание РАО

После переработки контейнеры с ядерными отходами подвергаются захоронению. По данным МАГАТЭ захоронение – это размещение отходов в специально подготовленных местах (могильник ядерных отходов) без цели дальнейшего их использования. Захоронению подлежат отходы, переведенные в твердое состояние и упакованные надлежащим образом.

Существуют такие виды захоронений:

1. Глубоководное захоронение ядерных отходов: контейнеры размещаются на дне моря глубиной примерно 1000 м.
2. Геологическое: изоляция отходов в специально подготовленных инженерных сооружениях в устойчивых слоях породы на глубине нескольких сотен метров. В основном так хоронят высокоактивные и долгоживущие РАО.
3. Приповерхностное: контейнеры помещаются в инженерные сооружения на поверхности и близком к ней слое земли или в шахтах на глубине несколько десятков метров от поверхности. Так хоронят короткоживущие, низко и среднеактивные отходы.
4. Захоронение в глубинные отложения океанического дна: размещение контейнеров с отходами в осадочные породы на дне моря на глубине нескольких тысяч метров.
5. Захоронение под океаническим дном: размещение РАО в инженерных сооружениях, которые находятся в породах приберегового морского дна.

Общие правила получения лицензии

Как только собран весь пакет документов и подготовлено заявление, то всё это передается руководителем соискателя или его представителем (обязательно с доверенностью) в территориальную структуру Ростехнадзора.

Далее нужно готовиться к инспекционной проверке, которая удостоверит наличие и соответствие всех объектов требованиям, необходимым для безопасного контакта с радиоактивными веществами. Чтобы проверка прошла без осложнений, необходимо предварительно провести экспертизу объекта – это делается сторонними экспертами. По окончании обеих проверок выдаются акты, в каких отражаются все результаты обследования.

По итогам экспертиз и после проверки поданных соискателем лицензии документов принимается решение о выдаче или о не выдаче права на работу с РАО.  Срок действия лицензии (в случае положительного ответа от лицензируемого органа) – 5 лет; территория ее действия – вся РФ.

Минимальное время прохождения всех этапов лицензирования – 30 дней, но этот срок может затянуться: в среднем лицензию могут оформлять (включая все проверочные процедуры) в течение 4-х месяцев. Но ускорить процесс можно: для этой цели, как правило, компании обращаются к юристам.

В случае если от Ростехнадзора получен отказ в лицензии, то компании необходимо будет устранить все спорные моменты в своей деятельности, на какие укажет лицензирующий орган. И начать процедуру по сбору документов заново, включая и уплату новой госпошлины.

Системная безопасность

После осмотра всех сооружений, расположенных на стапельной плите, мы подходим к главной цели нашего визита — центру кондиционирования. Именно здесь твердые радиоактивные отходы либо утилизируют, либо превращают в безобидный, «нефонящий» металл для вторичной переработки. Центр состоит из нескольких цехов и склада.

Каждый цех закрывается герметичными воротами, изменяемой конфигурации. Как пояснил заместитель директора по основной деятельности Западного Центра по обращению с радиоактивными отходами филиала ФГУП «РосРАО», сделано это в целях безопасности. Каждый контейнер с ТРО, поступающий в производственный цех, по сути, остается в коридоре. Ворота герметично сжимают его со всех сторон, после чего двери контейнера открываются, и только потом  весь груз перемещается в цех. Просто космос!

Ходить по коридору было можно, но дальше створа цеховых ворот журналистов не пускали

На наших глазах 200-литровя металлическая бочка, заполненная обрезками металла, превратилась в блин толщиной 20-30 сантиметров. Сплющенные бочки, они же «блины», укладываются по пять штук еще в одну цилиндрическую  емкость. После чего этот «набор» хорошенько высушивают, так что никакой органики не остается, и отправляют на склад долговременного хранения. В процессе сдавливания из ТРО часто выделяется вода. Она по желобам стекает в специальные емкости, где проводятся замеры на химическое и радиоактивное заражение. После чего проводится очистка, чтобы в залив сливалась только чистая вода. Та же процедура проводится и с выделяемым газом, только чистят его фильтрами.

Через несколько минут бочка превратится в 30-сантиметровый блин

Дезактивация применяется разная: пескоструйная очищает металл до белизны, водоструйная — более щадящая, а есть и электрохимическая, она лучше всего подходит для очистки отдельных участков обрабатываемого изделия. Камеры очистки во всех трех случаях полностью герметичны, оставшиеся после дезактивации отходы высушивают, сжимают и тоже помещают на склад долговременного хранения. Вода, очистка которой тоже проводилась, становится вторичным жидким радиоактивным отходом (ЖРО) и подлежит фильтрации.

Цех по переработке ЖРО

Инвентаризация и этапы обращения с отходами

При инвентаризации отходов могут потребоваться несколько уровней детализации. Например, организации, занимающейся переработкой, может быть нужна более подробная опись, в которой будут предлагаться методы обращения с каждым конкретным видом отходов. Для национальных агентств по обращению с РАО для разработки планов на будущее требуются меньше деталей. Политикам и разработчикам национальных стратегий обращения с отходами нужна еще более обобщенная информация .

Обращение с отходами, как правило, делится на два крупных этапа – предшествующий захоронению и непосредственно захоронение. Первый включает все стадии обращения с РАО от образования до захоронения, в том числе обработку (например, предварительная обработка, переработка и кондиционирование), временное (промежуточное) хранение и транспортировку. Захоронение предусматривает постоянное размещение отходов в соответствующем сооружении без намерения их изъятия. РАО готовят к захоронению с помощью технологий, которые, в первую очередь, предназначены для получения формы отходов, совместимой с выбранным или ожидаемым вариантом захоронения. Для оценки того или иного процесса или технологии необходимо рассмотреть имеющиеся решения с точки зрения выполнения требований к переработке, хранению и захоронению отходов. Технические решения по  обращению с РАО были описаны во многих публикациях . Жизненный цикл радиоактивных отходов состоит из следующих этапов.

Рис. 2. Схема этапов обращения с отходами

Предварительная обработка РАО включает все операции до непосредственной обработки, направленные на обеспечение возможности последующего применения выбранных технологий переработки и кондиционирования, – сбор, разделение, дезактивацию, корректировку химического состава и фрагментацию.

Обработка объединяет операции, нацеленные на повышение безопасности и экономических показателей за счет изменения характеристик радиоактивных отходов. Ее основными задачами являются уменьшение объема, удаление радионуклидов из РАО, а также изменение их физико-химического состава. Некоторые методы обработки могут обеспечить форму РАО, соответствующую требованиям хранения и захоронения. Однако в большинстве случаев переработанные отходы требуют дальнейшего кондиционирования либо отверждения и иммобилизации (инкапсуляции).

Кондиционирование охватывает работы по созданию упаковки отходов, пригодной для перемещения, транспортировки, хранения и/или захоронения. Оно может включать иммобилизацию РАО, размещение их в контейнерах, а также, при необходимости, переупаковку. Иммобилизация предполагает создание формы отходов за счет отверждения и включения РАО в матрицы (или инкапсуляции). Общепризнанными матрицами для иммобилизации являются цемент, битум и стекло.

Хранение обеспечивает изоляцию РАО с сохранением возможности извлечения, а также охрану окружающей среды и мониторинг хранилищ в течение всего срока размещения в них РАО.

Транспортировка предполагает физическое перемещение радиоактивных отходов в специально разработанных упаковках из одного места в другое. Например, собранные РАО могут быть перевезены из пункта сбора в пункты централизованного хранения и обработки, упаковки с кондиционированными отходами – из пункта обработки или хранения к месту захоронения.

Захоронение предусматривает размещение отходов в соответствующем сооружении без намерения их изъятия. Отметим, что в некоторых странах контролируемые сбросы в окружающую среду часто рассматриваются в качестве регулируемого варианта захоронения.

На всех этапах обращения с отходами важно определение их характеристик – характеризация. Она включает определение физических, химических и радиологических свойств отходов, важных для оценки  необходимости дальнейшей обработки, переработки, кондиционирования или пригодности РАО к  последующему перемещению, переработке, хранению и захоронению

Предварительная характеризация как часть предварительной обработки имеет большое значение для выбора наиболее эффективного метода обращения с РАО. Методы определения характеристик радиоактивных отходов, включая процедуры отбора проб, подробно описаны в руководстве МАГАТЭ .

Город в Заполярье

Мурманск расположен на восточном побережье Кольского залива. Он является крупнейшим городом за Северным полярным кругом и растянулся более чем на 20 километров вдоль побережья Баренцева моря. Аэропорт здесь небольшой, размером со старый владивостокский. Сам город невольно вызывает ассоциации с райцентрами Приморского края в основном из-за отсутствия высотных зданий. Однако центр Мурманска напоминает соседний  Хабаровск — те же строгие сталинские постройки, широкие бульвары и уютные дворики.  В начале октября улицы украшены разноцветной иллюминацией — приближается полярная ночь, и  на протяжении 40 суток  электрический свет хоть как-то будет компенсировать отсутствие солнца. Машин в городе много, причем импортных, включая модели японского (леворульные) и корейского автопромов.

Центр Мурманска. Иллюминацией удается развеять мрак полярной ночи.

Интересующий нас поселок Сайда Губа расположен в 67 км от Мурманска. Попасть сюда постороннему практически невозможно: дорогу перекрывает блокпост, где у каждого проезжающего проверяют документы. Второй блокпост встречает при въезде на территорию Центра по переработке и кондиционированию твердых радиоактивных отходов. Выйдя из микроавтобуса, мы, не сговариваясь, подходим к дежурному дозиметристу и просим показать дисплей радиометра. На табло 0,32 мкЗв/час (милизиверта в час). «Повышенный», — вздыхает кто-то из коллег. — «Должно быть не более 0,3».

Виды ядерного излучения

Во время работы с энергией атома образуется масса израсходованного материала, который больше не подлежит применению в какой-либо области. Тем не менее отходы продолжают излучать радиацию, что требует особых мер по их утилизации.

В связи с этим выделяют несколько категорий радиоактивности:

• низкоактивные;
• среднеактивные;
• высокоактивные;
• трансурановые.

https://youtube.com/watch?v=x6TWv6bs3AA

Способы утилизации отходов

Многие годы утилизация радиоактивных остатков производства не считалась важным вопросом. Их просто сбрасывали в окружающую среду. Однако позже выявили, что радиоактивные изотопы могут оседать и накапливаться в воздухе и почве.

Это явление приняли на рассмотрение, так как стало возможным отравление радиацией большого количества людей через продукты сельского хозяйства, выращенные на заражённых землях. В наши дни существует масса вариантов утилизации мусора, при которых вред для человека снижен до минимально возможных показателей:

1. Остеклование (витрификация). Способ преобразования радиоактивных отходов в инертную массу, которую запечатывают в контейнеры и хранят в отдельных помещениях.
2. Синрок. Разработанный австралийскими учёными метод нейтрализации излучения путём обработки специальным химическим соединением.
3. Трансмутация. Снижение активности ядерного утиля в особых реакторах, во время которого выделяются остатки энергии. Их можно использовать повторно, поэтому такой метод является многозадачным.
4. Компактирование — метод сдавливания мусора под прессом. Не подходит для легковоспламеняющихся материалов.
5. Суперкомпактирование — уплотнение спрессованных РАО для сокращения их количества.
6. Цементирование — заливка радиоактивного утиля цементной смесью. Этот способ считается самым простым и дешёвым.
7. Битумирование — добавление жидких РАО в состав битума.
8. Выброс отходов в космос. Хотя, на первый взгляд, такой способ несёт меньше всего опасности для планеты, заражённое космическое пространство рано или поздно начнёт негативно воздействовать на земную атмосферу, что приведёт к катастрофе.

Радиоактивное загрязнение, могильники радиоактивных отходов в России

В течение многих лет предприятие «Маяк», расположенное в северо-восточной части России, являлось ядерной электростанцией, но в 1957 году там случилась одна из самых катастрофичных ядерных аварий. В результате инцидента в природную среду выделилось до 100 тонн опасных РАО, поразивших огромные по площади территории. При этом катастрофа вплоть до 1980 годов тщательно скрывалась.

В продолжение большого количества лет, в реку Карачай производили сбрасывание отходов со станции и с загрязненной окружающей области. Это стало причиной загрязнения водного источника, столь необходимого для тысяч людей.

«Маяк» далеко не единственное место в нашей стране, подверженное радиоактивному загрязнению. Одним из основных экологически опасных объектов в Нижегородской области является участок захоронения радиоактивных отходов, расположенный в 17 километрах от города Семёнов, широко известный также как Семёновский могильник.

В России вообще обнаружено огромное количество территорий с превышающим допустимые нормы уровнем радиации. В их число входят даже такие крупные города, как Санкт-Петербург, Москва, Калининград и др. Например, в детском саду вблизи института им. Курчатова в нашей столице была выявлена песочница для детей с уровнем радиации в 612 тыс. мР/час. Если бы человек находился на этом «безопасном» детском объекте в течение 1 суток, то он был бы облучен смертельной дозой радиации.

Во время существования СССР, особенно в середине прошлого столетия, опаснейшие радиоактивные отходы могли сваливать в ближайшие овраги, так что образовывалась целая свалка. А с разрастанием городов, в этих зараженных местах строились новые спальные и производственные кварталы.

Оценить, какова судьба радиоактивных отходов в биосфере довольно проблематично. Дожди и ветры активно распространяют загрязнения по всем окружающим территориям.

Так, за последние годы значительно возросла скорость, с которой происходит загрязнение Белого моря в результате захоронения РАО. Кстати, рекомендуем почитать интересную статью о проблемах загрязнения Океана мусором.

Полезное видео

Более подробно об истории вопроса, а также о современном взгляде на проблематику ядерных отходов, можно увидеть в специальном выпуске программы «Ядерное наследие» телеканала «Наука 2.0».

Подготовка к переработке ОЯТ АМБ

Одной из наиболее острых проблем в области ядерной и радиационной безопасности является обращение с ОЯТ реакторов АМБ. Два реактора АМБ Белоярской АЭС были остановлены в 1989 году. ОЯТ выгружено из реакторов и в настоящее время хранится в бассейнах выдержки Белоярской АЭС и «мокром» хранилище ПО «Маяк».

Характерные особенности отработавших тепловыделяющих сборок АМБ – наличие около 40 типов топливных композиций и большие габаритные размеры (длина ОТВС около 13 м). Основной проблемой при хранении их на Белоярской АЭС является коррозия чехловых труб кассет и облицовки бассейнов выдержки.

Макет комплекса разделки ОЯТ АМБ в ПО «Маяк»

Начало разделки и переработки ОЯТ АМБ запланировано на 2016 год. К 2018 году должно быть переработано ОЯТ, хранящееся в бассейне-хранилище ПО «Маяк», в 2020 году планируется полностью освободить бассейны Белоярской АЭС от этого топлива, в 2023 году – завершить его переработку.

«Мокрое» хранилище

«Мокрое» хранилище можно было бы принять за гигантский школьный спортзал, если бы не металлические листы на полу. Если приглядеться, можно заметить, что желтые разделительные полосы — это узкие люки. Когда нужно поставить чехол в тот или иной отсек, кран движется по этим полосам как по направляющим, перемещая груз под водой.
Над сборками надежный барьер для излучения — двухметровый слой обессоленной воды.  В зале хранилища нормальная радиационная обстановка. Гости даже могут пройтись по крышкам люков и заглянуть в них.

Длина «мокрого» хранилища — 240 м, а ширина — 36 м

Хранилище спроектировано с учетом проектных и запроектных аварий, то есть устойчиво к невероятным по силе землетрясениям и другим малореальным происшествиям. Для безопасности бассейн хранилища разделен на 20 отсеков. В случае гипотетической течи каждый из этих бетонных модулей можно изолировать от остальных и перенести сборки в неповрежденный отсек. Продуманы пассивные средства поддержания уровня воды для надежного отвода тепла.

В 2011 году, еще до событий на Фукусиме, хранилище расширили и усилили меры безопасности. По итогам реконструкции в 2015 году было получено разрешение на эксплуатацию до 2045 года. Сегодня «мокрое» хранилище принимает тепловыделяющие сборки типа ВВЭР-1000 российского и зарубежного производства. Бассейны позволяют разместить более 15 тысяч ТВС. Вся информация о размещенном ОЯТ фиксируется в электронной базе данных.

Обращение с ТРО: сортировка, прессование, сжигание

Необходимым элементом системы обращения с твердыми РАО являются переупаковка и разделение отходов на потоки, обрабатываемые методами прессования, сжигания, а также направляемые непосредственно на кондиционирование. РАО крупных размеров и изделия со сложной конфигурацией подвергаются фрагментации .

Рабочая камера для переупаковки, сортировки и фрагментации РАО

РАО, относящиеся к группе «прессуемые», перед кондиционированием прессуют в 100-литровых бочках. Предварительно отходы подпрессовываются на небольшом прессе с усилием 20 т внутри 100-литровой бочки без ее деформации. Освободившееся пространство заполняется новой порцией отходов, упакованных в мешки. Затем упаковки подвергаются компактированию на гидравлическом прессе с усилием 1500 т: отходы сжимаются вместе с бочками, в результате образуются небольшие по высоте цилиндры диаметром, равным диаметру 100-литровой бочки. Их помещают в 200-литровые бочки и затем отправляют на цементирование с последующим размещением в сертифицированных контейнерах КМЗ .

В центре – воздушно-изолированное помещение, где расположен пресс и вращающийся стол для спрессованных упаковок; справа – фрагмент автоматизированного склада первичных упаковок

Процесс автоматизирован и контролируется персоналом с пульта управления в отдельном помещении. Все грузовые и складские механизмы управляются электронным программатором .

Твердые РАО низкого и среднего уровней активности смешанного типа, включая горючие (бумагу, древесину, текстиль, полимеры) и минеральные (строительный мусор, стекло, грунт, ил, металлический скрап, теплоизоляцию) материалы, подвергают плазменно-пиролитической переработке. МосНПО «Радон» имеет многолетний опыт изучения данного процесса и разработки соответствующего оборудования.

Органическая часть отходов подвергается пиролизу в печи шахтного типа с производительностью 200-250 кг/ч в условиях недостатка кислорода, в то время как процесс плавления шлака проводится в окислительной атмосфере, что способствует полному уничтожению органических компонентов и получению однородного продукта.

Это одна из важнейших разработок за последнее  времени – установка «Плутон», обеспечивающая переработку отходов сложной морфологии с получением кондиционированного продукта в одну стадию и высокий коэффициент сокращения объемов РАО. Стеклоподобный конечный продукт (плавленый шлак) соответствует критериям приемлемости для кондиционированных РАО и пригоден для длительного хранения или захоронения. Установка создана и эксплуатируется на предприятии в промышленном масштабе, начиная с 2008 года .

Установка плазменно-пиролитической переработки РАО «Плутон»

Данная технология востребована как в нашей стране, так и за рубежом. Сегодня специалисты предприятия сотрудничают по вопросам создания установок и совершенствования технологии плазменной переработки РАО, а также бытовых отходов с Республикой Корея, Израилем, Нововоронежской АЭС и т.д.

РАО, перерабатываемые плазменно-пиролитическим методом в МосНПО «Радон», близки по своим основным характеристикам твердым отходам АЭС, поэтому данные разработки могут быть весьма перспективны для атомных станций.

Удаление ОЯТ РБМК с площадок АЭС

Наибольший объем накопленного ОЯТ составляет топливо РБМК-1000, которое вплоть до 2011 года не вывозилось с АЭС. Для удаления основного объема накопленного ОЯТ РБМК-1000 с площадок станций предусматривается:

• создание на Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС комплексов по разделке ОТВС; 
• организация на АЭС буферных площадок «сухого» хранения ОЯТ в контейнерах двухцелевого назначения с последующим вывозом на ГХК;
• строительство на ГХК «сухого» хранилища. 

В апреле 2012 года состоялся вывоз первого эшелона ОЯТ РБМК на «сухое» хранение. 

В настоящее время эксплуатация комплекса по разделке ОТВС на Ленинградской АЭС идет в штатном режиме. 

Комплекс разделки отработавшего топлива предназначен для приемки ОТВС из пристанционного хранилища, разделения ОТВС на два пучка твэлов (ПТ), установки ПТ в ампулы, загрузки ампул в дистанционирующий чехол МБК и загрузки чехла в контейнер. Безопасность работы обеспечивает технология ампулирования отдельных пучков твэлов перед загрузкой в контейнер. Ампула имеет ядерно безопасную геометрию и является для ПТ защитной оболочкой, не позволяющей ОЯТ выйти из нее, как в процессе разделки ОТВС в камере, так и при длительном хранении. Конструкция ампулы, а также схема транспортирования и хранения ПТ в индивидуальной оболочке обеспечивают:

• предотвращение просыпей ОЯТ при транспортных операциях в камере разделки ОТВС;
• снижение тяжести последствий возможных аварийных падений, как самих ампул, так и чехла с ампулами с ПТ при работах в отделении разделки;
• снижение тяжести последствий при возможных аварийных падениях контейнера при его транспортировке.

Дефектное ОЯТ РБМК, которое не может быть размещено на «сухое» хранение, в ближайшие годы будет перерабатываться в ПО «Маяк». В 2011 году реализован «пилотный» проект, продемонстрировавший возможность доставки и переработки ОЯТ РБМК по штатной технологии с получением товарной урановой продукции («Безопасность ядерных технологий и окружающей среды», №2-2012, с. 142-145).