23 апреля 2017        668         0

Радиоактивные отходы

Безопасность ядерной энергетики

Четвертый энергоблок ЧАЭС

С атомом были  связаны большие надежды энергетики. Исследователи  считали, что благодаря атомной энергетике произойдет революция. Появилась надежда при небольших затратах получать колоссальный объем энергии. Кроме этого, атомная энергетика в сравнении с обычной тепловой энергетикой, казалась решением почти всех экологических проблем. Атомные электростанции при своей работе не давали никакого выхлопа. Единственная проблема, которая возникает при их работе — это тепловое загрязнение. Проблемы обеспечения безопасности работы атомных электростанций и проблемы захоронения ядерных отходов казались незначительными в сравнении с их преимуществами.

Нельзя сказать, что вопросы опасности аварий и захоронения ядерных отходов не рассматривались. С самого начала у атомной энергетики было много решительных противников. Для того, чтобы избежать губительных последствий аварий на атомных станциях, предлагались радикальные меры. Были предложения спрятать атомные реакторы глубоко под землей или вынести их на небольшие незаселенные острова в океане.

В США рассматривался проект строительства атомных станций  на стальных платформах, которые бы устанавливались на якорях, на расстоянии 4,8 км от берега. Такие платформы существенно бы снизили опасность в отношении сейсмического воздействия. Защита от волн достигалась с помощью кольцевого волнореза. Несмотря на все эти возражения, большинство исследователей считало возможность аварии на атомных станциях ничтожно малой, чтобы придавать этому большое значение. Так, советский физик, популяризатор науки Ю. Г. Чирков писал в одной из своих книг: «Вероятность гибели при аварии АЭС сравнима с вероятностью падения крупного метеорита. Этот риск в 100 000 раз меньше, чем риск получить увечье в автомобильной катастрофе».  Надо ли объяснять, что эти слова были написаны до аварии на Чернобыльской АЭС? После Чернобыльской аварии отношение к безопасности на АЭС стало серьезнее. Сейчас разработчики утверждают, что из аварии на ЧАЭС были извлечены все возможные выводы, и в современных АЭС предусмотрено все, чтобы больше такие аварии не повторились. Тем не менее, каким бы малым ни казался риск аварии на современных АЭС, если учесть все последствия —  риск уничтожения всего живого, заражение огромных территорий на продолжительное время, то сложно сказать, что такой риск оправдан. Похоже, что этот факт был понят даже далекими от озабоченности проблемами экологии, государственными чиновниками, и строительство большинства атомных электростанций после Чернобыльской катастрофы в Советском Союзе было приостановлено.

Как это ни парадоксально, но спаду развития атомной энергетики в настоящее время, послужила их нерентабельность. Запасы урана оказались не такими уж и безграничными, а возросшие требования к безопасности и экологичности реакторов увеличили их стоимость.

Ядерные отходы

Кроме аварий на АЭС, всегда, с самого начала существовала и другая очевидная проблема — радиоактивные отходы АЭС. Даже самими сторонниками атомной энергетики признается, что это проблема не решена окончательно. Удивительно насколько несерьезно  к этой проблеме отнеслись  строители первых атомных станций. Станции начали строить еще до того момента, когда было принято решение, как поступать с радиоактивными отходами. Эту проблему решали по ходу строительства и работы электростанций. То есть первоначально эти отходы просто оставались на территории АЭС. Полагали, что их количество довольно незначительно, и поэтому можно не спешить принимать решение.

Радиоактивных отходов от АЭС, конечно же меньше по объему, чем вредных выбросов ТЭС, также их можно компактно хранить, они не рассеиваются в воздухе. Тем не менее, с ними есть другие большие проблемы. Можно выделить следующие основные проблемы радиоактивных отходов:

  • Невидимость радиации, необходимость специальной аппаратуры для ее обнаружения
  • Радиоактивное загрязнение растянуто невероятно долго во времени
  • Проблемы хранения и транспортировки отработанного атомного топлива
  • Радиоактивные вещества могут накапливаться в живых организмах
  • Не существует безопасных способов захоронения радиоактивных отходов

Невидимость радиации

В вопросах радиоактивной безопасности населению остается только полагаться на честность и добросовестность ответственных людей, но как показывают факты, доверять им следует далеко не всегда. Наличие дозиметров для измерения радиации не может решить эту проблему полностью, так как радиоактивное загрязнение может быть локализовано в очагах небольшого размера, и даже находящиеся рядом приборы могут не отметить локальный источник повышенной радиации. Для радиоактивных отходов нет границ, можно получить радиоактивное загрязнение вместе с пылью принесенной ветром или вместе с выпавшим дождем.

Продолжительное время радиоактивного излучения

Другая большая проблема с радиоактивными отходами заключается в том, что радиоактивное загрязнение очень сильно растянуто во времени. США проводили испытания ядерного оружия на одном из островов Тихого океана, там же и складировались контейнеры с плутонием внутри железобетонных саркофагов. Надписи, сделанные на них, предупреждают об опасности нахождения рядом с ними на несколько миль в течение 25 тысяч лет. Для сравнения, согласно научным данным, история человеческой цивилизации длится 15 тысяч лет. Исследователями рассматриваются периоды для хранения радиоактивных отходов от 10 000 до 1 000 000  лет. Период полураспада урана различен: так для урана-234 он составляет 270 тысяч лет, период полураспада урана-238 превышает 4,5 миллиарда лет, урана-235 составляет 710 миллионов лет. Уран-238 используется в атомной промышленности, он применяется в качестве защиты в аппаратах деления и синтеза, он используется для синтеза плутония. Согласно докладам МАГАТЭ, на практике, при строительстве могильников их эффективность рассчитывается на 100 лет.

Транспортировка атомных отходов

Другой проблемой является транспортировка ядерных отходов, которая требует соблюдения больших мер безопасности. Для перевозки приходится сооружать контейнеры с мощнейшими системами защиты и охлаждения. Весь процесс транспортировки приходится организовывать так, чтобы перевозить отходы небольшими партиями — при этом уменьшается вероятность аварии на единицу расстояния. Не решена проблема извлечения шлаков из реактора и их последующее хранение. Сначала отработанное топливо выдерживается несколько месяцев, чтобы произошел радиоактивный распад короткоживущих изотопов, особенно опасен йод-131. После этого ядерный шлак отправляют на заводы химической переработки, где его растворяют в кислотах и сложным образом извлекают плутоний и уран для повторного использования. После чего переработанные отходы отвозят в специальных контейнерах для захоронения в ядерных могильниках. Все эти работы не полностью механизированы и требуют человеческого участия. Люди работают в специальных защитных костюмах, тем не менее, вред для здоровья остается существенным. Другая проблема ядерных отходов, заключается в том, что они нагреваются; также в случае превышения критической массы может быть взрыв, как это произошло в случае Кыштымской аварии на заводе Маяк, в городе Озерск. Полная причина той аварии остается неясной, возможно, что взрыв имел химическую природу, но есть и большая вероятность, что произошла цепная реакция.

Радиоактивные вещества могут накапливаться в живых организмах

Если выхлопы тепловых электростанций со временем рассеиваются и равномерно распределяются в атмосфере, то в случае радиоактивных отходов, они наоборот могут накапливаться в живых организмах. Изотопы, имеющие долгий период полураспада, могут накапливаться в рыбе, животных, растениях, которые человек будет потом употреблять в пищу. Эти радиоактивные вещества могут долго накапливаться в различных тканях человеческого организма, впоследствии вызывая заболевания. Они могут передаваться по наследству потомкам. Соприкасаясь с малыми дозами радиации — в пище, воде, воздухе, вы каждый раз накапливаете в своем организме малые дозы, которые суммируются, и впоследствии скажутся на здоровье. О влиянии малых доз радиации на организм человека написана книга академика Алексея Яблокова «Миф о безопасности малых доз радиации».

Различные способы захоронения радиоактивных отходов

Как было уже сказано, с самого начала появления атомной энергетики не было понимания того, как поступать с радиоактивными отходами. Это было одной из причин протестов против строительства АЭС. Протестующие говорили, что  сначала надо решить, что делать  с радиоактивными отходами, а уже потом, строить сами станции. Нельзя не признать разумность таких доводов. Были разные предложения, как поступать с радиоактивными отходами. Поскольку было понятно, что радиоактивные отходы будут оставаться опасными на протяжение десятков тысяч лет, то на полном серьезе поступали предложения отправлять их в космос, опускать на дно океана, хоронить в Антарктиде и кратерах вулканов. Предложение отправлять радиоактивные отходы за пределы Земли — в космос, и избавиться от них навсегда, было наиболее полным способом решения проблемы. Тем не менее, от этой идеи пришлось отказаться, по той причине, что до сих пор вероятность неудачного запуска космической ракеты довольна  высока. По современным оценкам, надежность успешного вывода космического корабля за пределы земной атмосферы близка к 0,8 — иными словами, в 20 процентах случаев радиоактивные отходы вместо отправки их к Солнцу вернутся на земную поверхность, но уже распыленными. Другой необычный проект — отправлять радиоактивные отходы к центру Земли через вертикально  восходящие из недр земли соляные залежи. Соль хорошо плавится и контейнер с опасным грузом должен погружаться вниз за счет тепла подлежащих уничтожению материалов. Ни один из предложенных вариантов не является безопасным, и ни один из них не был реализован.

В настоящее время радиоактивные отходы хоронятся в могильниках двух типов — надземное захоронение и  геологическое захоронение. В случае надземного захоронения, отработанное топливо  запечатывается в герметичном стальном цилиндре и потом в бетонном цилиндре, который служит радиозащитным экраном.

Геологическое захоронение

В этом случае отходы хоронятся в шахтах глубиной не менее 300 метров. Толща земли в этом случае служит естественным барьером для радиации. Такой способ захоронения считается более надежным, но возникает проблема, что в этом случае нельзя наблюдать за сохранностью отходов и предпринимать какие-либо действия в случае их разгерметизации. Таким образом, в этом случае требуются особо прочные герметичные контейнеры для отходов. Разгерметизация может произойти из-за коррозии металлических цилиндров с отходами, в результате землетрясений, подвижек грунта и других стихийных явлений. Учитывая, что срок хранения должен быть много десятков тысяч лет, задача становится весьма сложной. Большая часть таких могильников пока еще строится или проекты еще находятся только в стадии обсуждения. Разрабатываются наиболее безопасные способы захоронения отходов, на большей глубине. В Швеции была признана наиболее безопасной методика KBS-3, которую планируют использовать в стране. Эта методика применяется в уже строящемся финском хранилище в Онколо, которое считается одним из наиболее надежных. Его глубина будет более 400 метров. К сожалению, шведские ученые сейчас пришли к выводу, что медные капсулы, предложенные в этом проекте, не настолько коррозийно-безопасные, как это предполагалось ранее.

Захоронение в Юкка-Маунтин

В США планировалось открытие хранилище в Юкка-Маунтин, которое тоже считалось одним из самых надежных. Позже выяснилось, что это не так. Это пустынный район, и тоннели планировалось располагать на глубине ниже 300 метров, что ниже уровня грунтовых вод. Оказалось, что влага может попадать сквозь щели в толщах пород и разъедать капсулы с отходами, что в дальнейшем неизбежно приведет к заражению грунтовых вод. Водоносный слой в этом месте является единственным источником питьевой воды в Западном Техасе. Возникло мощное протестное движение против строительства могильника. На выборах президента США в 2004-2008 году, Демократическая партия обещала закрыть проект в случае победы на выборах. Барак Обама придя к власти, приостановил финансирование проекта. Ситуация с проектом остается неясной, и в США в настоящий момент вообще нет хранилища для отходов атомных электростанций. Эти отходы хранятся прямо на территориях АЭС. Интересно высказывание американского физика-ядерщика Элвина Вайнберга, разработчика атомной программы США, по этому поводу: «Я уделял недостаточно внимания проблеме отходов. Я был, прежде всего, увлечен разработкой и строительством атомных реакторов… Теперь я думаю, что если бы я мог все начать заново, то поставил бы вопрос о захоронении ядерных отходов на первое место…» Высказывание Вайнберга можно отнести ко всей ситуации с ядерными отходами в мире.

Захоронение в море и Антарктиде

Еще один способ захоронения — это помещение контейнеров на дно океана, в зонах субдукции — месте погружения одних блоков земной коры под другие. В этом случае контейнеры с отходами медленно опускались бы к центру Земли. Это предложение было отвергнуто по причине запрещающих положений морского права. Действительно, в этом случае ни одна из стран не была бы сильно заинтересована в надежности захоронения, и сложно было бы контролировать соблюдение правильности процесса.  Неслучайно именно этот способ чаще всего используется при незаконном захоронении ядерных отходов. Так в Италии расследовалось незаконное захоронение ядерных отходов, осуществляемое итальянской мафией в море. Утверждается также, что такие захоронения происходили в Баренцевом и Карском морях. Идеи захоронения ядерных отходов в Антарктиде также были отвергнуты по причине международных договоренностей.

Первые радиоактивные отходы в Советском Союзе

30 июля 1940 года Президиум Академии наук СССР утвердил «Урановую комиссию», в марте 1942 года по указанию Сталина начались работы по созданию атомной бомбы. В августе 1945 года после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, создается специальный комитет по выполнению Уранового проекта, который возглавляет Берия. Начинаются работы по созданию первого советского атомного реактора. 9 ноября 1945 года принято считать датой основания города Озерска, первоначально называвшегося База-10. Рядом с ним строят завод «Маяк», где запускается первый советский атомный реактор. Радиоактивные отходы с завода «Маяк» сбрасывались в рядом находящуюся реку Теча. С 1949 по 1956 годы в реку Теча попало около 76 млн м³ сточных радиоактивных вод. Такие данные приводятся в исследованиях Челябинского гидрометцентра. Для примера, годовой водосброс реки Яуза в реку Москву равняется  71 млн м³. По состоянию на 1998 год среднегодовая концентрация стронция-90 в реке Теча была в 3,4 раза выше предельно допустимой концентрации (в 3700 раз выше фонового уровня для рек России). Данные приводятся в книге В.М. Кузнецова «Производственное объединение «Маяк» (Челябинск-65). История объединения.”

В это трудно поверить, но сначала все радиоактивные отходы просто было решено сбрасывать в речку Теча. О том, что это так можно прочесть в русскоязычной статье Википедии — Радиоактивные отходы. «Изначально считалось, что достаточной мерой является рассеяние радиоактивных изотопов  в окружающей среде, по аналогии с отходами производства в других отраслях промышленности. На предприятии «Маяк» в первые годы работы все радиоактивные отходы сбрасывались в близлежащие водоемы. Вследствие чего загрязненными оказались теченский каскад водоемов и сама река Теча. Позже выяснилось, что за счёт естественных природных и биологических процессов радиоактивные изотопы концентрируются в тех или иных подсистемах биосферы (в основном в животных, в их органах и тканях), что повышает риски облучения населения (за счет перемещения больших концентраций радиоактивных элементов и возможного их попадания с пищей в организм человека). Поэтому отношение к радиоактивным отходам было изменено» (Википедия).

Когда рядом с рекой Теча стали умирать люди, было принято решение сбрасывать в реку только низкорадиоактивные отходы. Среднеактивные отходы сливались в озеро Карачай, а высокоактивные отходы стали хранить в специальных емкостях. В 1957 году взрыв такой емкости привел к так называемой Кыштымской аварии. Выброс радиации при аварии 1957 года оценивается в 20 миллионов Кюри, выброс Чернобыля — 50 миллионов Кюри. В зоне радиационного загрязнения Кыштымской аварии оказались территории трех областей — Челябинской, Свердловской и Тюменской с населением 272 тысячи человек, которые проживали в 217 населенных пунктах.

Влияние на здоровье

Механизм биологического действия радиоактивного излучения до конца не изучен. При поглощении излучения происходит ионизация и возбуждение молекул в живых тканях, что служит началом последующих сложных биохимических превращений. Ионизация приводит к разрыву молекулярных связей, изменению структуры химических соединений и в конечном итоге к разрушению нуклеиновых кислот и белка. Под действием радиации поражаются клетки, прежде всего их ядра, нарушается способность клеток к нормальному делению и обмену веществ. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек, щитовидная железа.

Непосредственным результатом радиоактивных излучений являются: лучевая болезнь и злокачественные опухоли. Кроме них есть отдаленные последствия облучения, которые образуется в результате хронического накопления малых доз радиации.

Эти последствия включают в себя:

  • изменения в половой системе;
  • склеротические процессы;
  • лучевая катаракта;
  • иммунные болезни;
  • радиоканцерогенез;
  • сокращение продолжительности жизни
  • генетические и тератогенные эффекты

В случае повреждения генетического аппарата, возникшие изменения могут наследоваться. Различные мутации могут передаваться следующим поколениям. Подобно тому, как атомную энергетику начали развивать, не решив проблемы захоронения радиоактивных отходов, таким же образом, люди начали применять радиацию, не поняв до конца, как она воздействуют на здоровье. К каким проблемам может привести влияние радиоактивного облучения на организм человека и его потомков, до конца неизвестно. При этом в расчет, как правило, принимаются повышенные дозы радиации, но как было сказано, малые дозы радиации также вредны и накапливаются в организме человека.

Отказ от ядерной энергетики

В настоящее время 31 страна эксплуатирует АЭС.

Италия закрыла все АЭС и полностью отказалась от ядерной энергетики.

Отказались от ядерной энергетики и осуществляют долгосрочную программу по ее закрытию 5 стран: Бельгия, Германия, Испания, Швейцария, Тайвань. Нидерланды и Швеция также приняли такое решение, но пока приостановили программу по закрытию АЭС. Литва и Казахстан закрыли действовавшие АЭС, но рассматривается возможность строительства новых.

Армения отказывалась от единственной АЭС, но снова запустила ее в работу. Австрия, Куба, Ливия, КНДР, Польша остановили свои программы атомной энергетики и приостановили уже начатое строительство  АЭС. 16 стран не имевшие АЭС, но планировавшие их строительство, отказались от своей ядерной программы: Австралия, Азербайджан, Гана, Греция, Грузия, Дания, Ирландия, Латвия, Лихтенштейн, Люксембург, Малайзия, Мальта, Новая Зеландия, Норвегия, Португалия, Филиппины.

Лидеры атомной энергетики — США, Великобритания, Франция, Германия, Япония, в некоторой степени Россия, а также другие страны имевшие АЭС, сокращают количество работающих станций. Пик производства ядерной энергетики был в 2006 году (2660 ТВт/ч).  Доля ядерной энергетики в глобальном производстве электричества снизилась с 17,6 % в 1996 году до 10,7 % в 2015 году. 164 реактора были закрыты. Перспективы строительства новых АЭС в большинстве стран также стоят под вопросом.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *