5.Экологическая безопасность аэс

5.1. Классификация отходов аэс

C развитием атомной энергетики возникла проблема обеспечения безопасных условий труда персонала АЭС, а также предотвращения радиоактивного загрязнения окружающей среды. В процессе деления ядерного топлива в реакторе накапливается большое количество радиоактивных веществ (радионуклидов) продуктов деления урана или плутония, которые могут нанести ущерб здоровью персонала и населения в случае их неконтролируемой утечки. При проектировании, строительстве и эксплуатации АЭС вопросам радиационной безопасности уделяется основное внимание.

При работе реактора АЭС образуются радиоактивные вещества в процессе деления ядер ²³³U, ²³⁵U или ²³⁹Pu и активация нейтронами различных материалов, присутствующих в активной зоне реактора. Активность этих веществ обусловлена в основном так называемыми короткоживущими радионуклидами. Из-за быстрого распада они не представляют опасности при попадании в окружающую среду. Радиоактивное загрязнение происходит от радионуклидов, период полураспада которых более нескольких минут. Такие вещества называются биологически значимыми радионуклидами.

Различают следующие виды ионизирующих излучений: -, -излучение, фотонное и нейтронное.

Альфа-излучение. В результате -распада радионуклидов образуется поток -частиц, представляющих собой ядра атомов гелия, которые обладают кинетической энергией, достигающей нескольких мегаэлектрон-вольт (МэВ).

Бета-излучение. В результате -распада радионуклидов образуется поток -частиц, представляющий собой поток электронов или позитронов. Позитрон в отличие от электрона имеет положительный заряд, но равную с ним массу. Максимальная энергия -спектра различных радионуклидов лежит в интервале от нескольких килоэлектрон-вольт (кэВ) до нескольких МэВ.

Фотонное излучение. Это понятие включает в себя рентгеновское или -излучение. После радиоактивного распада атомное ядро часто оказывается в возбужденном состоянии. Переход ядра из этого состояния на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние) происходит с испусканием -квантов. Таким образом, -излучение имеет внутриядерное происхождение и представляет собой довольно жесткое электромагнитное излучение. Обычно энергия -квантов лежит в диапазоне от нескольких кэВ до нескольких МэВ.

Нейтронное излучение. При делении тяжелых ядер возникают нейтроны. Такой процесс происходит в ядерном реакторе АЭС.

Все продукты деления образуются внутри твэлов. Они -и -активны и остаются в основном внутри оболочки твэла. Выход через герметичную оболочку твэла в охлаждающую воду возможен только за счет процесса диффузии и при появлении трещин в оболочке. Этот выход очень мал для всех нуклидов, кроме трития. Выход трития через оболочку составляет не более 1%. В реакторах тина ВВЭР допускается число газонеплотных твэлов с микротрещинами до 1%, а негерметичность, при которой возможен прямой контакт теплоносителя с сердечником твэла – до 0,1%. Для РБМК эти допуски соответственно равны 0,1% и 0,01%.

Продукты деления разделяют на следующие группы:

• благородные газы (Аr, Кr, Хе);

• летучие вещества, например I, Sc (скандий);

• тритий (Т);

• нелетучие вещества, например La (лантан), Sr (стронций), Rb и др.

Во всех группах, кроме третьей, присутствует большое количество различных радионуклидов. В таблице 7 приведены данные о биологически значимых радиоактивных продуктах деления, образующихся в энергетическом реакторе.

Таблица 7

Биологически значимые радионуклиды благородных

газов и йода при работе ядерного реактора

Нуклид	Т1/2	Нуклид	Т1/2	Нуклид	Т1/2
^85Кr	10,7 года	^133Хе	5,2 сут	^129I	1,610^7 лет
^85^mКr	4,5 ч	^133Хе	2,2 сут	^131I	8 сут
^87Кr	1,3 ч	^135Хе	9,1 ч	^133I	21 ч
^88Кr	2,8 ч	^135Хе	15,7 мин	^135I	6,6 ч

Продукты активации возникают при активации нейтронами конструкционных материалов, примесей теплоносителя, замедлителя и самого топлива. При активации топлива образуется ряд трансурановых элементов: Np (нептуний), Pu, Am (америций) и Cm (кюрий). Наличие этих элементов осложняет безопасное удаление радиоактивных отходов. Основная часть радиоактивных веществ, образующихся при работе реактора, остается в топливе. Отработавшие твэлы извлекают из реактора и хранят некоторое время в специальных хранилищах (бассейнах выдержки) на АЭС, затем отправляют на радиохимический завод.

Источниками радиоактивных отходов на АЭС являются продукты нейтронной активации, образующиеся вне твэлов, и продукты деления, частично выделившиеся из твэлов в теплоноситель. Часть этих радиоактивных веществ выводится из реактора в систему обработки и хранения радиоактивных отходов АЭС. Другая часть становится отходами только после остановки станции на демонтаж или консервацию.

Технологические схемы АЭС проектируются так, чтобы обеспечить практически полную изоляцию радиоактивных веществ от биосферы, а возможные утечки свести до уровня, допустимого действующими санитарными нормами и правилами.

Таблица 8