Научная статья на тему 'Об утилизации радиоактивных отходов ядерных реакторов в России'

Об утилизации радиоактивных отходов ядерных реакторов в России Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
3107
225
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ / ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ / РИСКИ РАДИАЦИОННОГО ЗАРАЖЕНИЯ / РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ / ХРАНИЛИЩЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ / ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ / NUCLEAR ENERGY / DISPOSAL PROBLEM / RADIATION CONTAMINATION RISKS / ROSTOV REGION / RADIOACTIVE WASTE STORAGE / GLOBAL ENERGY CONSUMPTION

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Гавриловский Дмитрий Владимирович, Гапонов Владимир Лаврентьевич, Гапонов Сергей Владимирович, Гапонова Екатерина Юрьевна

Рассматривается один из ключевых моментов безаварийной эксплуатации АЭС в России хранение и утилизация радиоактивных отходов. Указывается, что существующие методы позволяют перерабатывать только 15 % от общего объема производимых ежегодно отходов, в то время как хранилища заполнены на 80-90 %. Констатируется, что эксплуатационные характеристики многих пунктов хранения находятся на грани допустимого. Особого внимания требует вопрос создания мест для захоронения радиоактивных отходов, не подлежащих переработке. Вывод: без решения указанной проблемы радиационное заражение вод и почвы может обернуться экологической катастрофой для многих регионов страны и стать основной причиной сворачивания производства атомной энергии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ABOUT THE DISPOSAL OF RADIOACTIVE WASTE FROM NUCLEAR REACTORS IN RUSSIA

The article is devoted to the basic problem of trouble-free operation of nuclear power plants in Russia storage and disposal of radioactive waste. Existing methods can handle only 15 % of the total annual nuclear waste produced, while the warehouse filled to 80-90 %. The condition of the many storage facilities are on the verge permissible. It requires special attention the issue of creating sites for the disposal of radioactive waste is not recyclable. Without solving this problem, the radiation contamination of water and soil can turn into an environmental disaster for many regions of the country and become the main cause of collapse of production of nuclear energy.

Текст научной работы на тему «Об утилизации радиоактивных отходов ядерных реакторов в России»

NATURAL SCIENCE. 2016. No. 4

DOI 10.18522/0321 -3005-2016-4-62-66

ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.

УДК 574

ОБ УТИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ В РОССИИ

© 2016 г. Д.В. Гавриловский, В.Л. Гапонов, С.В. Гапонов, Е.Ю. Гапонова

ABOUT THE DISPOSAL OF RADIOACTIVE WASTE FROM NUCLEAR REACTORS IN RUSSIA

D.V. Gavrilovskiy, V.L. Gaponov, S.V. Gaponov, E.Yu. Gaponova

Гавриловский Дмитрий Владимирович - аспирант, Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов н/Д, 344000, e-mail: homa-06@mail.ru

Гапонов Владимир Лаврентьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой производственной безопасности, Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов н/Д, 344000.

Гапонов Сергей Владимирович - старший преподаватель, кафедра производственной безопасности, Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов н/Д, 344000.

Гапонова Екатерина Юрьевна - старший преподаватель, кафедра производственной безопасности, Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов н/Д, 344000.

Dmitry V. Gavrilovskiy - Postgraduate, Don State Technical University, Gagarin Sq., 1, Rostov-on-Don, 344000, Russia, email: homa-06@mail.ru

Vladimir L. Gaponov - Doctor of Technical Science, Professor, Head of the Department of Occupational Safety and Health, Don State Technical University, Gagarin Sq., 1, Rostov-on-Don, 344000, Russia.

Sergey V. Gaponov - Senior Lecturer, Department of Occupational Safety and Health, Don State Technical University, Gagarin Sq., 1, Rostov-on-Don, 344000, Russia.

Ekaterina Yu. Gaponova - Senior Lecturer, Department of Occupational Safety and Health, Don State Technical University, Gagarin Sq., 1, Rostov-on-Don, 344000, Russia.

Рассматривается один из ключевых моментов безаварийной эксплуатации АЭС в России - хранение и утилизация радиоактивных отходов. Указывается, что существующие методы позволяют перерабатывать только 15 % от общего объема производимых ежегодно отходов, в то время как хранилища заполнены на 80-90 %. Констатируется, что эксплуатационные характеристики многих пунктов хранения находятся на грани допустимого. Особого внимания требует вопрос создания мест для захоронения радиоактивных отходов, не подлежащих переработке. Вывод: без решения указанной проблемы радиационное заражение вод и почвы может обернуться экологической катастрофой для многих регионов страны и стать основной причиной сворачивания производства атомной энергии.

Ключевые слова: ядерная энергия, проблемы утилизации, риски радиационного заражения, Ростовская область, хранилище радиоактивных отходов, глобальное потребление энергии.

The article is devoted to the basic problem of trouble-free operation of nuclear power plants in Russia - storage and disposal of radioactive waste. Existing methods can handle only 15 % of the total annual nuclear waste produced, while the warehouse filled to 80-90 %. The condition of the many storage facilities are on the verge permissible. It requires special attention the issue of creating sites for the disposal of radioactive waste is not recyclable. Without solving this problem, the radiation contamination of water and soil can turn into an environmental disaster for many regions of the country and become the main cause of collapse ofproduction of nuclear energy.

Keywords: nuclear energy, disposal problem, radiation contamination risks, Rostov region, radioactive waste storage, global energy consumption.

Рост глобального потребления электроэнергии обусловлен развитием мировой экономики. И в ближайшие 40-50 лет главным источником электроэнергии останется углеводородное топливо (рис. 1). Сейчас на его долю приходится около 68 % [1].

Однако с открытием новых месторождений нефти или газа растёт стоимость их разработки [2].

Кроме того, многие полагают, что рост мирового использования углеводородного сырья порожда-

ет угрозу глобального потепления. Поэтому альтернативой углеводородному топливу выступает ядерная энергетика, которая считается одним из наиболее эффективных источников электрической и тепловой энергии.

Россия делает ставку на развитие ядерной энергетики. Вместе с растущей угрозой глобального потепления это должно способствовать увеличению доли производимой атомной энергии не только в нашей стране, но и во всем мире.

ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII RE

Активное развитие отечественной ядерной энергетики началось с конца 60-х гг. В то время считалось, что ядерные реакторы практически безопасны, а автоматические системы слежения и контроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийную работу. Специалисты были уверены, что ядерная энергетика является экологически безопасной и наиболее эффективной, так как удается получить огромное количество энергии из небольшого количества ядерного топлива и при этом отсутствуют выбросы парниковых газов [3].

Сегодня атомная энергетика — один из самых важных секторов экономики России. Потребность в электроэнергии для стабильного роста экономики повлекла за собой значительное развитие этой отрасли. С помощью контрактов на постройку АЭС, поставку и утилизацию ядерного топлива государство обеспечивает также свое политическое влияние в том или ином регионе мира. Однако это влияние может дорого обойтись населению, особенно будущим поколениям, из-за возникающей проблемы утилизации ядерных отходов.

В настоящее время в нашей стране эксплуатируются 10 атомных электростанций (в общей сложности 35 энергоблоков установленной мощностью 26,2 ГВт) [4], которые вырабатывают около 18 % всей производимой в стране электроэнергии [1] (рис. 2). По итогам 2015 г. атомными станциями России было выработано 195,2 млрд кВтч. Из них 17,5 млрд кВтч экспортировалось [5]. В 2016 г. ведётся строительство 8 новых энергоблоков [4].

Также Россия имеет крупнейший атомный флот. В составе ВМФ эксплуатируются 48 атомных подводных лодок и 9 крупных надводных кораблей с ядерной силовой установкой. Отработавшее ядерное топливо невозможно хранить на корабле или подводной лодке. Для этого используются специальные суда — мобильные хранилища радиоактивных отходов. Для поддержания боеготовности корабельные ядерные реакторы «перезаряжаются» в среднем раз в три года. Из каждого реактора выгружают около 6—10 т отработавшего топлива [6].

Ядерный реактор ВВЭР-1000, устанавливаемый на Ростовской АЭС и имеющий мощность 1000 МВт, при нормальной эксплуатации производит 30 т отходов [7, 8]. Отработавшее топливо перегружается из активной зоны в бассейны выдержки. Там оно хранится в течение 3-4 лет. Этот процесс существенно снижает радиоактивность и тепловыделение, после чего, согласно технологии, становится возможным удаление отработавшего топлива с АЭС для переработки или длительного хранения.

NATURAL SCIENCE. 2016. No. 4

прочие* 4%

Рис. 1. Структура генерации электроэнергии по видам топлива в мире / Fig. 1. The structure of the world's electricity generation by fuel type

Рис. 2. Соотношение количества произведенной энергии различными типами электростанций в России

/ Fig. 2. The ratio of energy produced by different types of power plants in Russia

Россия имеет национальное наземное долговременное хранилище плутония на площадке ПО «Маяк» емкостью около 2500 т. Оно использует неоднозначную по результатам технологию подземной изоляции жидких радиоактивных отходов в пластах-коллекторах (Северск, Железногорск, Димит-ровград) (рис. 3). При этом до сих пор не найдена площадка для строительства ядерного хранилища подземного типа для твердых (с длительным периодом полураспада и высокоактивными изотопами) материалов с реакторов, обслуживаемых Рос-атомом [8, 9].

Накопление ядерных отходов подходит к критической отметке. В настоящее время действующие хранилища, по оценкам экспертов, заполнены на 80-90 % [10]. Большинство АЭС не производили

ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2016. No. 4

Рис. 3. Область загрязнения радиоактивными отходами вокруг ПО «Маяк» [9] / Fig. 3. The area of contamination of radioactive waste around the "Mayak"

выгрузку ядерных отходов из собственных хранилищ с 2005 г. Ежегодно перерабатывается не более 15 % отработавшего топлива из реакторов российских АЭС [11]. Во многих случаях после вывода из эксплуатации производится консервация реактора с цементированием хранилища отходов. Основной объем отходов с эксплуатируемых ядерных реакторов лежит опасным грузом в контейнерах на АЭС. К 2013 г. от одних лишь списанных атомных подводных лодок накопилось 346 т. А всего накоплено 486 млн м3 жидких радиоактивных отходов и 87 млн т твердых радиоактивных отходов [12]. И те и другие образовались в основном в результате реализации оборонных программ. Из общего количества накопленных твердых радиоактивных отходов 97 % по массе - это низкоактивные отходы [12].

В России имеется 1466 пунктов временного хранения отходов. Примерно две трети из них представляют потенциальную угрозу для окружающей среды. Большая часть наземных хранилищ была построена более 60 лет назад. Под действием времени и природных факторов в них попадала вода, которая уже сама стала радиоактивной. Некоторые хранилища со временем стали негерметичными, поэтому с водой радионуклиды попадают в окружающую среду.

Многие из судов - хранилищ ядерных отходов-требуют пристального внимания к техническому состоянию. К примеру, в Мурманской области техническое состояние хранилищ отработавшего ядерного топлива, твердых и жидких радиоактивных отходов, береговых технических баз судов атомного технологического обслуживания представляет особую радиационно-экологическую опасность. Радиационная обстановка в области сегодня оценивается как удовлетворительная, но без решения проблем утилизации и хранения эта территория может стать радиационно опасной зоной. Для предотвращения подобного сценария необходимы усилия всех заин-

тересованных организаций и ведомств в создании инфраструктуры и транспортно-технологических схем по обращению с радиоактивными отходами в России. Очень остро стоит вопрос создания могильника для захоронения радиоактивных отходов, не подлежащих переработке.

Нельзя сказать, что в этом направлении в России ничего не делается. Помимо захоронения на различных глубинах, витрификации и других методов хранения и переработки (рис. 4), существует отечественный проект захоронения ядерных отходов, основной идеей которого является подземный ядерный взрыв.

Также Росатом в 2015 г. запустил на Нововоронежской АЭС первый в России комплекс плазменной переработки радиоактивных отходов. Комплекс предназначен для плазменно-пиро-литической переработки твердых радиоактивных отходов [13]. Нововоронежская АЭС была выбрана в качестве площадки для переработки отходов, в том числе в связи с тем, что это одна из первых промышленных атомных электростанций СССР. Её строительство было начато в 1958 г., введена в эксплуатацию в 1964 г. За полвека работы в её хранилище скопилось значительное количество радиоактивных отходов. В случае если этот комплекс докажет свою эффективность, им необходимо будет оснастить все действующие АЭС.

ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.

NATURAL SCIENCE.

2016. No. 4

Технологии подготовки РАО к хранению

Один из прогрессивных методов финальной переработки жидких РАО — витрификация (остекловывание)

О

В отходы

добавляют

сауар

Их пропускают через на гретую враща ющуюся трубу

25%

отходов

75%

измельченного стекла

OQOGGGG

Он подавляет неустойчивость некоторый компонентов

È

Контейнеры опечатываются

©Остеклованные РАО надежно изолированы от окружающей среды

шг-

3,5-1м

В результате зтого происходит испарение влаги

Высушенный порошок помещают в индукционную лечь

Расплавленную смесь заливают в контейнеры из нержавеющей стали

Контейнеры Тщательно обмываются (водой под высоким давлением)

После осмотра контейнеры помещаются в подземное Хранилище

Способ хранения РАО зависит от степени их активности и срока жизни

Низко- и среднеа ктив-ные РАО с периодом полураспадаi 30 лет

Средне- и высокоактивные РАО с периодом полураспада более 30 лет

» »

м

Тепловыделяющие высокоактивные отходы с Периодом полураспада менее 30 лет

Отработавшее

ядерное топливо

Другие технологии подготовки:

• битумироиние » сжигание

• цементирование * ппазменно-химическая

переработка

Приловерхност-200 ное îaxo [мнение, захороне-^.....ние на полигоне

^ЕИиннН^Г

Хранениес вентиляцией, захоронение

Глубокое геологическое захоронение

^lllllllllfE^

. Переработка,хранение с вентиляцией или прямое глубокое геологическое

захоронени«

Б 33 регионах России в 1170 хранилищах различного типа хранится почти половина всех радиоактивных отходов в мире

IIIIIIIIIÎ

lltlllll

Рис. 4. Витрификация и другие методы безопасного хранения радиоактивных отходов [4] / Fig. 3. Vitrification and other methods of safe storage of radioactive waste [4]

Ядерная энергия была и остается одной из основных альтернатив энергии углеводородного топлива. Активное развитие отечественной ядерной энергетики необходимо для решения огромного количества экономических и политических задач. Увеличение количества активных ядерных реакторов внутри страны, заключение контрактов на поставку ядерного топлива с возвратом на утилизацию, введение в эксплуатацию новых атомных морских кораблей обостряют проблему утилизации радиоактивных отходов в стране. Недостаточное внимание к развитию методов и средств хранения и утилизации может привести к серьёзным экологическим проблемам. Без разрешения этих вопросов несколько российских регионов могут испытать существенные последствия радиоактивного заражения почвы и воды. А, как показывает мировая практика, затраты на устранение таких последствий значительно превышают экономические выгоды от эксплуатации ядерного реактора. Для дальнейшего развития ядерной отрасли необходимо радикальное изменение подхода к решению вопроса утилизации ядерных отходов.

Литература

1. Статистический отчет компании «BP» на мировом рынке энергии. URL: www.bp.com (дата обращения: 20.06.2016).

2. Григорьев Г., Новиков Ю. Грандиозность планов на фоне глубины проблем. Перспективы освоения углеводородного потенциала российских арктических акваторий // Oil and Gas J. Russia. 2012. № 5. С. 44-49.

3. Гавриловский Д.В., Гапонов В.Л., Гапонов С.В. Экологические проблемы атомной энергетики // Сб. ст. по итогам междунар. науч.-практ. конф. (Уфа, 1 февраля 2016 г.) : в 4 ч. Ч. 4. Уфа, 2016. С. 182-184.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Продукция и услуги госкорпорации «Росатом». URL: http://www.rosatom.ru/production (дата обращения: 15.06.2016).

5. Квартальные производственные результаты ПАО «Интер РАО». URL: http://www.mterrao.ru/ac-tivity (дата обращения: 18.06.2016).

6. Алексеев С.В. Дисперсионное ядерное топливо. М., 2015. 248 с.

7. Тевлин С.А. Атомные электрические станции с реакторами ВВЭР-1000. М., 2002. 344 с.

8. Гавриловский Д.В., Гапонов В.Л., Бородин И.С. Экологические проблемы безаварийной эксплуатации

ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.

NATURAL SCIENCE.

2016. No. 4

АЭС // Материалы междунар. науч.-практ. конф. (Сургут, 29 февраля 2016 г.) : в 3 ч. Ч. 3. Стерлитамак, 2016. С. 31-33.

9. Безъядерное будущее «Гринпис России». URL: http://www.greenpeace.org/russia/ru/campaigns/nuclear (дата обращения: 18.06.2016).

10. Антонова А.М. Экологические проблемы эксплуатации АЭС. URL: http://rudocs.exdat.com/ docs/index-202144.html (дата обращения: 15.06.2016).

11. Краткий обзор докладов 7-го Всероссийского семинара-совещания «Система государственного учёта и контроля РВ и РАО и обращение с радиоактивными отходами». URL: http://www.atomic-energy.ru/articles/2016/08/23/68476 (дата обращения: 18.06.2016).

12. IAEA Annual Report for 2014. URL: https:// www.iaea.org/sites/default/files/gc59-7_en.pdf (дата обращения: 15.06.2016).

13. Ташлыков О.Л., Щеклеин С.Е. Экологическое прогнозирование в ядерной энергетике XXI века // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2015. № 8-9. С. 50-57.

References

1. Otchet kompanii "BP" na mirovom rynke energii [The report of the company BP in the global energy market]. Available at: www.bp.com (accessed 20.06.2016).

2. Grigor'ev G., Novikov Yu. Grandioznost' planov na fone glubiny problem. Perspektivy osvoeniya uglevodorodnogo potentsiala rossiiskikh arkticheskikh akvatorii [Grand plan on the background of the depth of the problems. Prospects of development of hydrocarbon potential of the Russian Arctic waters]. Oil and gas J. Russia. 2012, no. 5, pp. 44-49.

3. Gavrilovskii D.V., Gaponov V.L., Gaponov S.V. [Ecological problems of nuclear energy]. Sb. st. po itogam mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Collection of articles on the basis of the Intern. scientific-practical. conf.] (Ufa, February 1, 2016). Ufa, 2016, part 4, pp. 182-184.

4. Produktsiya i uslugi goskorporatsii "Rosatom" [Products and services of the State Corporation

"Rosatom"]. Available at: http://www.rosatom.ru/produc-tion (accessed 15.06.2016).

5. Kvartal'nye proizvodstvennye rezul'taty PAO "Inter RAO" [Quarterly operating results of PJSC "Inter RAO"]. Available at: http://www.interrao.ru/ac-tivity (accessed 18.06.2016).

6. Alekseev S.V. Dispersionnoe yadernoe toplivo [The dispersion nuclear fuel]. Moscow, 2015, 248 p.

7. Tevlin S.A. Atomnye elektricheskie stantsii s reaktorami VVER-1000 [Nuclear power plants with VVER-1000 reactors]. Moscow, 2002, 344 p.

8. Gavrilovskii D.V., Gaponov V.L., Borodin I.S. [Ecological problems of safe operation of nuclear power plants]. Materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Materials Intern. scientific-practical conf.] (Surgut, February 29, 2016). Sterlitamak, 2016, part 3, pp. 31-33.

9. Bez"yadernoe budushchee "Grinpis Rossii" [Nuclear-Free Future "Greenpeace Russia"]. Available at: http ://www. greenpeace.org/russia/ru/campaigns/nuclear (accessed 18.06.2016).

10. Antonova A.M. Ekologicheskie problemy ekspluatatsii AES [Ecological problems of nuclear power plant operation]. Available at: http://rudocs.exdat.com/ docs/index-202144.html (accessed 15.06.2016).

11. Kratkii obzor dokladov 7-go Vserossiiskogo seminara-soveshchaniya "Sistema gosudarstvennogo ucheta i kontrolya RV i RAO i obrashchenie s radio-aktivnymi otkhodami" [A brief review of the reports of the 7th All-Russian seminar "State system of accounting and control of radioactive substances and waste and radioactive waste management"]. Available at: http://www. atomic-energy.ru/articles/2016/08/23/68476 (accessed 18.06.2016).

12. IAEA Annual Report for 2014. Available at: https://www.iaea.org/sites/default/files/gc59-7_en.pdf (accessed 15.06.2016).

13. Tashlykov O.L., Shcheklein S.E. Ekologicheskoe prognozirovanie v yadernoi energetike XXI veka [Ecological forecasting in the nuclear power industry of XXI century]. Al'ternativnaya energetika i ekologiya (ISJAEE). 2015, no. 8-9, pp. 50-57.

Поступила в редакцию /Received

20 июня 2016 г. / June 20, 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.