Энергообеспечение и захоронение ядерных отходов
Жизнь современного общества немыслима без мощных источни¬ков энергии. Их немного - гидро-, тепловые и атомные электростан¬ции. Использование энергии ветра, солнца, приливов и т.п. пока не получило широкого распространения. Тепловые станции выбрасыва¬ют в воздух громадное количество пыли и газов. В них содержатся и радионуклиды, и сера, которая потом возвращается на землю в виде кислотных дождей. Гидроресурсы даже в нашей огромной стране ог¬раничены, и к тому же строительство гидростанций в большинстве случаев приводит к неже-лательному изменению ландшафта и клима¬та, В ближайшее время одним из основных источ-ников энергии оста¬нутся атомные электростанции. Они отличаются многими достоинст¬вами, в том числе и экологическими, а применение надежной защиты может сделать их достаточно безопасными. Но остается еще один важный вопрос: что делать с радиоактивными отходами? Все радио¬активные отходы АЭС, скопившиеся за все время их работы, хранятся на территории станций. В целом действующая на АЭС схема обраще¬ния с отходами пока обеспечивает пол-ную безопасность, не оказывает влияния на окружающую среду и соответствует требованиям МАГА¬ТЭ. Однако хранилища уже переполняются, требуются их расшире¬ние и реконструкция. Кроме того, приходит пора демонтировать станции, отслужившие свой срок. Расчетное время эксплуатации оте¬чественных реакторов - 30 лет. С 2000 г. реакторы будут останавли¬ваться практически ежегодно. И пока не будет найден простой и де¬шевый способ захоронения радио-активных отходов, говорить о серь¬езных перспективах атомной энергетики преждевременно.
Радиоактивное загрязнение Земли началось и возрастало с каж¬дым принципиальным ша-гом, и каждый раз на несколько порядков: после декабря 1942 г., когда итальянский физик Эн-рико Ферми (1901-1954) запустил первый ядерный реактор, после июня-августа 1945 г. - перво-го испытания и двух применений ядерного оружия, после августа 1954 г. - первого испытания водородной бомбы, после 1954 г. - пуска первой атомной электростанции в Обнинске; в сен¬тябре того же года произошла катастрофа в Кыштыме - вблизи этого уральского города взорва-лось хранилище жидких радиоактивных от¬ходов. Все население с площади более тысячи квад-ратных километров было эвакуировано, а зона объявлена заповедником и до сих пор вы¬ведена из землепользования. Только чернобыльская катастрофа имеет тот же порядок по величине за-грязнения, что кыштымская, но она превосходит по числу пострадавших.
Сегодня ядерная энергия - результат активной человеческой дея¬тельности. В 1991 г. в мире работало 412 энергетических блоков, больших ядерных реакторов с общей мощностью 329 ГВт. Эта мощ¬ность использовалась примерно на 70%, и за 1992 г. ядерная энергетика произвела 2,004*1012 кВт*ч, или 21%, всей электроэнергии, производя¬щейся в мире. Для этого потребова-лось 52 тыс. т. природного урана, обогащенного нечетным изотопом. Цепная реакция в совре-менных ядерных реакторах порождена преимущественно изотопом урана-235. Но уран выгора-ет в реакторах только на несколько процентов. Ис¬пользованное ядерное топливо после некото-рого срока хранения пе¬рерабатывают: из него извлекают несгораемый уран и образовавшийся в реакторе плутоний, которые снова годны для получения энергии. То, что остается при этой пе-реработке, и называется высокоактивны¬ми ядерными отходами. В их составе есть актиноиды, изотопы транс¬урановых элементов (все они радиоактивны) и продукты деления урана (радио-активна часть из них) - всего 38 изотопов с периодами полураспада от 10 млн. до 5 лет.
В настоящее время отходы содержат в специальных хранилищах, где размещаются сталь-ные контейнеры, в которых отходы сплавлены вместе со стекло-минеральной матрицей. Захо-ронение отходов пока не производится, но проекты захоронения активно разрабатываются.
В последнее время продолжает обсуждаться старая идея физиков-реакторщиков - перерабо-тать долгоживущие радиоактивные изотопы в ядра с меньшим временем жизни с помощью ядерных реакций, про¬текающих в самих реакторах, если эксплуатировать последние в осо¬бом режиме. Казалось бы, чего проще, и никакого дополнительного оборудования не нужно. К со-жалению, различие скоростей наработки новых и переработки уже образовавшихся долгожи-вущих изотопов невелико, и, как показывают расчеты, положительный баланс насту¬пит лишь примерно через 500 лет. До этого времени человечество «утонет» в горах радиоактивных отхо-дов. Другими словами, сами се¬бя реакторы излечить от радиоактивности не могут.
Радиоактивные шлаки можно изолировать в специальных толсто¬стенных могильниках. Бе-да только в том, что такие захоронения должны быть рассчитаны по крайней мере на сотню ты-сяч лет безо¬пасного хранения. А как предугадать, что может случиться за такой огромный пе-риод?
Как бы там ни было, хранилища отработанного ядерного топлива должны располагаться в таких местах, где заведомо исключаются зем¬летрясения, смещения или разломы грунтовых пластов и тому подоб¬ное. Кроме того, поскольку радиоактивный распад сопровождается разо-гревом распадающегося вещества, спрятанные в могильнике шла¬ки нужно еще и охлаждать. При неправильном режиме хранения мо¬жет произойти перегрев и даже взрыв горячих шлаков.
В некоторых странах хранилища особо опасных в экологическом отношении шлаков дол-гоживущих изотопов располагаются под зем¬лей на глубине в несколько сотен метров, в окру-жении скальных по¬род. Контейнеры со шлаками снабжают толстыми антикоррозийными обо-лочками, многометровыми слоями глины, препятствующей проса¬чиванию грунтовых вод. Одно из таких хранилищ строится в Швеции на полукилометровой глубине. Это сложное инженерное сооружение с разнообразной контрольной аппаратурой. Его будут обслуживать 75 специали-стов.
Строители говорят, что уверенность в надежности таких сверх¬глубоких радиоактивных мо-гильников вселяет в них то, что в Канаде на глубине 430 м обнаружено рудное тело объемом свыше миллиона кубометров с огромным, 55%-ным содержанием урана (обычно руды содер-жат проценты или даже доли процента этого элемента). Это уникальное рудное образование, возникшее в результате осадочных процессов примерно 1,3 млн. лет назад, окружено слоем глины толщи¬ной в разных местах от 5 до 30 м, который действительно накрепко изолировал уран и продукты его распада. На поверхности над рудным телом и в его окрестностях нет ника-ких следов ни повышения радиоак¬тивности, ни увеличения температуры. Однако как будет в других местах и при других условиях?
Кое-где радиоактивные шлаки остекловывают, превращая в проч¬ные монолитные блоки. Хранилища снабжаются специальными систе¬мами контроля и отвода тепла. В качестве оправ-дания можно опять сослаться на естественный феномен. В Экваториальной Африке, в Га¬боне, около 2 млн. лет назад случилось так, что вода и урановая руда собрались в созданной самой природой каменной чаше внутри скаль¬ных пород и в такой пропорции, что получился естест-венный, «без вся¬кого участия человека», атомный реактор, и там в течение некоторого времени, пока не выгорел скопившийся уран, шла цепная реакция де¬ления. Образовывался плутоний и те же радиоактивные осколки, как и в наших искусственно созданных атомных котлах. Изотопный анализ воды, почвы и окружающих горных пород показал, что радиоактив¬ность осталась заму-рованной и за 2 млн. прошедших с тех пор лет ее диффузия была незначительной. Это позволя-ет надеяться, что остеклованные источники радиоактивности в ближайшую сотню тысяч лет то¬же останутся наглухо изолированными.
Иногда шлаки замуровывают в глыбы особо прочного бетона, ко¬торые сбрасываются в оке-анские глубины, хотя это далеко не лучший подарок нашим потомкам...
В последнее время всерьез обсуждается возможность забрасывать контейнеры с долгожи-вущими изотопами с помощью ракет на неви¬димую обратную сторону Луны. Вот только как обеспечить стопро¬центную гарантию, что все запуски будут успешными, ни одна из ра¬кет-носителей не взорвется в земной атмосфере и не засыплет ее смертоносным пеплом? Риск очень велик. Да и вообще мы не знаем, для чего понадобится обратная сторона Луны нашим потомкам.
А радиоактивных шлаков на АЭС образуется немало. Например, в Швеции, энергетика ко-торой на 50% атомная, к 2010 г. накопится примерно 200 тыс. куб. м требующих захоронения радиоактивных отходов. Из них 15% содержат долгоживущие изотопы, не выгорев¬шие в атом-ных реакторах остатки концентрированного ядерного го¬рючего, и требуют особо тщательного хранения. Это объем концерт¬ного зала и только лишь для одной маленькой Швеции!
Наиболее рациональное место захоронения - недра Земли. Для гарантии радиационной безопасности земной поверхности через мил¬лионы лет глубина захоронения должна быть ми-нимум полкилометра. Для большей уверенности лучше расположить отходы еще глубже, но. увы, стоимость горных работ растет быстрее, чем квадрат глубины.
Относительно недавно была высказана идея захоронения высоко¬активных ядерных отходов в глубоких скважинах, заполненных лег¬коплавкой, инертной, водонепроницаемой средой. Наи-более удачным заполнением скважин может оказаться природная сера. Герметичные капсулы с высокоактивными отходами погружаются до дна скважины, расплавляя серу собственным теп-ловыделением. Предложенная идея пока не реализована.
Радиоактивное загрязнение Земли началось и возрастало с каж¬дым принципиальным ша-гом, и каждый раз на несколько порядков: после декабря 1942 г., когда итальянский физик Эн-рико Ферми (1901-1954) запустил первый ядерный реактор, после июня-августа 1945 г. - перво-го испытания и двух применений ядерного оружия, после августа 1954 г. - первого испытания водородной бомбы, после 1954 г. - пуска первой атомной электростанции в Обнинске; в сен¬тябре того же года произошла катастрофа в Кыштыме - вблизи этого уральского города взорва-лось хранилище жидких радиоактивных от¬ходов. Все население с площади более тысячи квад-ратных километров было эвакуировано, а зона объявлена заповедником и до сих пор вы¬ведена из землепользования. Только чернобыльская катастрофа имеет тот же порядок по величине за-грязнения, что кыштымская, но она превосходит по числу пострадавших.
Сегодня ядерная энергия - результат активной человеческой дея¬тельности. В 1991 г. в мире работало 412 энергетических блоков, больших ядерных реакторов с общей мощностью 329 ГВт. Эта мощ¬ность использовалась примерно на 70%, и за 1992 г. ядерная энергетика произвела 2,004*1012 кВт*ч, или 21%, всей электроэнергии, производя¬щейся в мире. Для этого потребова-лось 52 тыс. т. природного урана, обогащенного нечетным изотопом. Цепная реакция в совре-менных ядерных реакторах порождена преимущественно изотопом урана-235. Но уран выгора-ет в реакторах только на несколько процентов. Ис¬пользованное ядерное топливо после некото-рого срока хранения пе¬рерабатывают: из него извлекают несгораемый уран и образовавшийся в реакторе плутоний, которые снова годны для получения энергии. То, что остается при этой пе-реработке, и называется высокоактивны¬ми ядерными отходами. В их составе есть актиноиды, изотопы транс¬урановых элементов (все они радиоактивны) и продукты деления урана (радио-активна часть из них) - всего 38 изотопов с периодами полураспада от 10 млн. до 5 лет.
В настоящее время отходы содержат в специальных хранилищах, где размещаются сталь-ные контейнеры, в которых отходы сплавлены вместе со стекло-минеральной матрицей. Захо-ронение отходов пока не производится, но проекты захоронения активно разрабатываются.
В последнее время продолжает обсуждаться старая идея физиков-реакторщиков - перерабо-тать долгоживущие радиоактивные изотопы в ядра с меньшим временем жизни с помощью ядерных реакций, про¬текающих в самих реакторах, если эксплуатировать последние в осо¬бом режиме. Казалось бы, чего проще, и никакого дополнительного оборудования не нужно. К со-жалению, различие скоростей наработки новых и переработки уже образовавшихся долгожи-вущих изотопов невелико, и, как показывают расчеты, положительный баланс насту¬пит лишь примерно через 500 лет. До этого времени человечество «утонет» в горах радиоактивных отхо-дов. Другими словами, сами се¬бя реакторы излечить от радиоактивности не могут.
Радиоактивные шлаки можно изолировать в специальных толсто¬стенных могильниках. Бе-да только в том, что такие захоронения должны быть рассчитаны по крайней мере на сотню ты-сяч лет безо¬пасного хранения. А как предугадать, что может случиться за такой огромный пе-риод?
Как бы там ни было, хранилища отработанного ядерного топлива должны располагаться в таких местах, где заведомо исключаются зем¬летрясения, смещения или разломы грунтовых пластов и тому подоб¬ное. Кроме того, поскольку радиоактивный распад сопровождается разо-гревом распадающегося вещества, спрятанные в могильнике шла¬ки нужно еще и охлаждать. При неправильном режиме хранения мо¬жет произойти перегрев и даже взрыв горячих шлаков.
В некоторых странах хранилища особо опасных в экологическом отношении шлаков дол-гоживущих изотопов располагаются под зем¬лей на глубине в несколько сотен метров, в окру-жении скальных по¬род. Контейнеры со шлаками снабжают толстыми антикоррозийными обо-лочками, многометровыми слоями глины, препятствующей проса¬чиванию грунтовых вод. Одно из таких хранилищ строится в Швеции на полукилометровой глубине. Это сложное инженерное сооружение с разнообразной контрольной аппаратурой. Его будут обслуживать 75 специали-стов.
Строители говорят, что уверенность в надежности таких сверх¬глубоких радиоактивных мо-гильников вселяет в них то, что в Канаде на глубине 430 м обнаружено рудное тело объемом свыше миллиона кубометров с огромным, 55%-ным содержанием урана (обычно руды содер-жат проценты или даже доли процента этого элемента). Это уникальное рудное образование, возникшее в результате осадочных процессов примерно 1,3 млн. лет назад, окружено слоем глины толщи¬ной в разных местах от 5 до 30 м, который действительно накрепко изолировал уран и продукты его распада. На поверхности над рудным телом и в его окрестностях нет ника-ких следов ни повышения радиоак¬тивности, ни увеличения температуры. Однако как будет в других местах и при других условиях?
Кое-где радиоактивные шлаки остекловывают, превращая в проч¬ные монолитные блоки. Хранилища снабжаются специальными систе¬мами контроля и отвода тепла. В качестве оправ-дания можно опять сослаться на естественный феномен. В Экваториальной Африке, в Га¬боне, около 2 млн. лет назад случилось так, что вода и урановая руда собрались в созданной самой природой каменной чаше внутри скаль¬ных пород и в такой пропорции, что получился естест-венный, «без вся¬кого участия человека», атомный реактор, и там в течение некоторого времени, пока не выгорел скопившийся уран, шла цепная реакция де¬ления. Образовывался плутоний и те же радиоактивные осколки, как и в наших искусственно созданных атомных котлах. Изотопный анализ воды, почвы и окружающих горных пород показал, что радиоактив¬ность осталась заму-рованной и за 2 млн. прошедших с тех пор лет ее диффузия была незначительной. Это позволя-ет надеяться, что остеклованные источники радиоактивности в ближайшую сотню тысяч лет то¬же останутся наглухо изолированными.
Иногда шлаки замуровывают в глыбы особо прочного бетона, ко¬торые сбрасываются в оке-анские глубины, хотя это далеко не лучший подарок нашим потомкам...
В последнее время всерьез обсуждается возможность забрасывать контейнеры с долгожи-вущими изотопами с помощью ракет на неви¬димую обратную сторону Луны. Вот только как обеспечить стопро¬центную гарантию, что все запуски будут успешными, ни одна из ра¬кет-носителей не взорвется в земной атмосфере и не засыплет ее смертоносным пеплом? Риск очень велик. Да и вообще мы не знаем, для чего понадобится обратная сторона Луны нашим потомкам.
А радиоактивных шлаков на АЭС образуется немало. Например, в Швеции, энергетика ко-торой на 50% атомная, к 2010 г. накопится примерно 200 тыс. куб. м требующих захоронения радиоактивных отходов. Из них 15% содержат долгоживущие изотопы, не выгорев¬шие в атом-ных реакторах остатки концентрированного ядерного го¬рючего, и требуют особо тщательного хранения. Это объем концерт¬ного зала и только лишь для одной маленькой Швеции!
Наиболее рациональное место захоронения - недра Земли. Для гарантии радиационной безопасности земной поверхности через мил¬лионы лет глубина захоронения должна быть ми-нимум полкилометра. Для большей уверенности лучше расположить отходы еще глубже, но. увы, стоимость горных работ растет быстрее, чем квадрат глубины.
Относительно недавно была высказана идея захоронения высоко¬активных ядерных отходов в глубоких скважинах, заполненных лег¬коплавкой, инертной, водонепроницаемой средой. Наи-более удачным заполнением скважин может оказаться природная сера. Герметичные капсулы с высокоактивными отходами погружаются до дна скважины, расплавляя серу собственным теп-ловыделением. Предложенная идея пока не реализована.
