Что такое ядерные отходы и как с ними бороться?

Ядерное деление используется для производства электроэнергии, в результате чего образуются ядерные отходы, которые можно безопасно хранить до тех пор, пока они не распадутся, а затем безопасно утилизировать.

Некоторые пророчества предсказывают гибель мира в результате ядерной войны. Помимо того, что ядерная энергия способна уничтожить человечество, мы также используем ее для выработки электроэнергии. Как и любая другая промышленность, атомные электростанции также производят отходы - радиоактивные отходы. Утилизация радиоактивных отходов должна проводиться ответственно, чтобы избежать утечки радиации в окружающую среду.

Что такое атомная электростанция?

Около 10% электроэнергии, вырабатываемой во всем мире, поступает от атомных электростанций. В основе этих электростанций лежат ядерные реакторы, которые производят и контролируют серию событий деления ядер. Это процесс расщепления ядер атома на несколько частей с выделением энергии. Непрерывное расщепление ядер на более мелкие части дает большое количество тепла. В результате цепной реакции деления вода превращается в пар, который вращает лопасти турбины для выработки электроэнергии. Помимо деления, другим источником энергии является ядерный синтез, при котором атомы соединяются с выделением энергии.

Что такое ядерные отходы?

Любая деятельность, в которой используются радиоактивные материалы, приводит к образованию радиоактивных отходов, поэтому отходы атомных электростанций не вызывают удивления. Однако объем образующихся отходов гораздо меньше, чем объем отходов от электростанций, работающих на угле. В зависимости от уровня радиоактивности существует три категории отходов - отходы низкого, среднего и высокого уровня. Ядерные отходы обычно относятся к топливу, которое было использовано в реакторе.
Замена ядерного топлива происходит каждые 12-18 месяцев для поддержания эффективной работы реактора. Отработанное топливо относится к радиоактивным отходам высокого уровня, поскольку оно горячее и высокорадиоактивное. Высокоуровневые отходы из отработанного топлива составляют 3% от общего количества радиоактивных отходов, но несут ответственность за 95% общей радиоактивности. И наоборот, низкоактивные отходы составляют 90% радиоактивных отходов на Земле, но содержат только 1% общей радиоактивности. Даже рабочая одежда и инструменты, используемые на атомных станциях, считаются низкоактивными радиоактивными отходами!

Более мелкие оставшиеся ядра, известные как продукты деления, составляют большинство радиоактивных ядерных отходов. Продукты деления обычно содержат элементы из периодической таблицы, такие как криптон, цезий, изотопы железа, цинка и другие. Отработанное реакторное топливо находится в твердой форме и выглядит почти так же, как свежее топливо, которое поставляется в виде твердых таблеток, заключенных в металлические трубки. Несмотря на внешний вид, содержание отработанного топлива не совсем такое же.

Куда деваются ядерные отходы?

Радиоактивные отходы нельзя выбрасывать на свалки, как другие отходы. Их хранение - это опасная работа, требующая тщательного планирования. Отходы обладают высокой радиоактивностью и вызывают опасения в связи с угрозой, которую они представляют для экосистемы. В отличие от других отраслей промышленности, которые производят неограниченно опасные отходы, такие как тяжелые металлы (кадмий и ртуть), ядерные отходы со временем становятся менее токсичными, что является уникальным фактом.

Только около 3% ядерных отходов являются долгоживущими и высокорадиоактивными, что требует тысячелетней изоляции.

Большая часть низкоактивных отходов упаковывается и отправляется в наземную систему захоронения. Остальные сбрасываются в море с перерабатывающего завода в регулируемом порядке.

Радиация, вызванная таким удалением, влияет только на часть существующего естественного радиационного фона. Атомные и перерабатывающие заводы также выбрасывают в атмосферу небольшие количества химически инертного криптона-85, ксенона-133 и следы йода-131. Их влияние слишком незначительно, чтобы учесть его при любом анализе жизненного цикла.

Работа с отработанным топливом (радиоактивные отходы высокого уровня) может оказаться непростой задачей. Когда топливо извлекается из реактора, оно горячее и радиоактивное. Поэтому его хранят под водой в бассейне отработанного топлива в течение 5-8 лет, пока радиация не ослабнет до такого уровня, что его можно будет охлаждать без воды. Этот процесс облегчает переработку и утилизацию отходов.

После охлаждения отходы либо перерабатываются, либо переносятся в сухую бочку, окруженную бетоном или многоцелевыми канистрами с инертным газом. Эти бочки предназначены для длительного использования и достаточно безопасны, чтобы вы могли подойти к ним и потрогать.

Продукты деления, такие как цезий-137, стронций-90 и т.д., содержатся в высокоактивных отходах, но могут также использоваться в промышленности и медицине, включая облучение крови, консервирование продуктов питания и очистку сточных вод.

Переработка использованного топлива для извлечения этих ценных изотопов превращает радиоактивные отходы скорее в ресурс, чем в бремя. При прямом захоронении отработанное ядерное топливо выбрасывается без какой-либо переработки в подземное хранилище.

На последнем этапе планируется безопасное геологическое захоронение с несколькими слоями барьеров. Отходы закрываются в канистре и помещаются в туннели, прорытые под землей. Как только канистра закреплена, слои камней и глины запечатывают канистры на месте. Этот протокол обездвиживает радиоактивные элементы и изолирует их от атмосферы.

Можно ли как-то предотвратить образование отходов от атомных электростанций?

Как уже говорилось, существует два источника ядерной энергии - деление и синтез ядер. Несмотря на это, все атомные станции по всему миру используют для выработки энергии деление ядер. При делении образуются нестабильные ядра, которые остаются радиоактивными в течение тысяч лет. С другой стороны, при термоядерном синтезе не образуется никаких радиоактивных отходов. Вместо этого он производит гелий - инертный газ, безвредный для жизни.

Переход от установок деления ядер к установкам ядерного синтеза уменьшит образование радиоактивных отходов.

Однако технология производства электроэнергии с помощью ядерного синтеза пока находится лишь на начальной стадии. Ожидается, что прототип термоядерного реактора будет функционировать к 2040 году, а это значит, что вторая половина этого революционного века может стать идеальным этапом для производства электроэнергии с помощью электростанции на основе ядерного синтеза!