Мировые тенденции в сфере энергетике Нетрадиционные виды энергетики Солнечная коллектор Обзор зарубежного опыта строительства АЭС Реакторная установка БН-600 Экологические проблемы гидроэнергетики Атомная энергетика

Экологические проблемы энергетики

Альтернативные технологии

Одна из основных проблем, связанных с захоронением радиоактивных отходов в породах земной коры, заключается в поиске новых, более пригодных модификаций кристаллических матричных материалов.

Традиционно в странах с развитой ядерной энергетикой (США, Франция, Германия) для иммобилизации радионуклидов применяли стекольные матрицы(боросиликатные и алюмофосфатные по составу). Эти стекла по своим свойствам близки к алюмосиликатным, только в первом случае алюминий заменен бором, а во втором – кремний фосфором. Эти замены вызваны необходимостью снижения температуры плавления расплавов и уменьшения энергоемкости технологии. В стекольных матрицах достаточно надежно удерживается 10-13 мас.% элементов радиоактивных отходов. В связи со спецификой стекла как метастабильной фазы, эти способы остекловывания радиоактивных отходов не отвечают требованиям их длительного безопасного хранения. Как показали исследования, даже наиболее устойчивые к процессам физико-химического выветривания алюмофосфатные стекла, оказываются малостабильными при условиях захоронения в земной коре. Что же касается боросиликатных стекол, то согласно экспериментальным исследованиям, в гидротермальных условиях при 350оС и 1 кбар они полностью кристаллизуются с выносом элементов радиоактивных отходов в раствор. Поэтому для захоронения в условиях земной коры требуется создание дополнительных защитных барьеров.

В конце 70-х годов прошлого века были разработаны первые кристаллические матричные материалы - синтетические горные породы (синрок). Эти материалы состоят из смеси минералов – твердых растворов на основе титанатов и цирконатов и гораздо более устойчивы к процессам выщелачивания, чем стекольные матрицы.

Вероятность избежать резонансного поглощения (третья энергетическая группа) В реакторах на тепловых нейтронах из общего числа нейтронов, поглощённых в процессе замедления, подавляющая часть поглощается на резонансах U8. Расчёт энергетического спектра нейтронов и вероятности избежать резонансного поглощения в этом случае не может быть выполнен аналитически. Поэтому используем достаточно точные приближения, основанные на физических соображениях.

Тем не менее, стеклование радиоактивных отходов с последующим хранением стекольных матриц в специальных хранилищах является пока единственным методом промышленного обезвреживания радионуклидов. Матричных материалов, удовлетворяющих всем требованиям, нет. Стекла и кристаллические матрицы (синрок и, возможно, насикон) являются наиболее приемлемыми по комплексу физико-химических и механических свойств, однако, высокая стоимость как производства, так и исходных материалов, относительная сложность технологической схемы ограничивают возможности широкого применения синрока для фиксации радионуклидов.

В качестве потенциальных матриц - фиксаторов радиоактивных отходов предложены твердые растворы минералов. Идея о целесообразности применения твердых растворов минералов в качестве матриц для фиксации элементов радиоактивных отходов была подтверждена результатами широкого петролого - геохимического анализа геологических объектов. Использование фазовых трансформаций имеет много преимуществ перед другими методами отверждения радиоактивных отходов.

Исследуются также способы:

захоронение РАО подводными лавинами,

дезинтеграция РАО подземным ядерным взрывом,

самозахоронение высокоактивных долгоживущих РАО в глубинные слои земной коры.

Другое направление – перемещение РАО в естественную подвижную среду: гидросферу, атмосферу, космос и т.п. – с расчётом на рассеяние, разбавление до концентраций, оценивающихся как допустимые. Таковы, например, практика «разбавления низкоактивных жидких отходов в морской среде», предложения по «удалению РАО в космическое пространство», на астероид, необитаемый остров и т.п. Ненадёжность этого направления достаточно убедительно выявляется экосистемным анализом.

Время естественного «затухания» радиоактивности у некоторых РАО весьма велико; период полураспада составляет от тысячи до нескольких миллионов лет. Это значительно превышает время физического износа любых известных искусственных сооружений: Следовательно, отсутствуют гарантии от проникновения РАО в биосферу и среду обитания человека.

Еще один вариант полного решения состоит в переводе РАО, без изменения их свойств радиоактивности, в состояние, близкое или аналогичное тому, в котором радиоактивные вещества находились до извлечения их человеком, из природной среды.

Пример принципиального решения: включение РАО в химически и физически достаточно устойчивые соединения, с близким к природному уровнем радиоактивности, с расположением в пространственно локализованном виде в земной коре. Этот вариант состоит в использовании природных геологических, гидрохимических, геохимических, гидрогеологических процессов образования физико-химически устойчивых соединений и формирования минеральных (рудных) геологических тел (месторождений) гидротермального генезиса для связывания РАО в природных условиях в пространственно локализованные геологические комплексы, относительно безвредные (не опасные) для биосферы. В качестве примера района для оценки возможности реализации предложения в проекте рассмотрен один из Курильских островов.

Реализация предложенных в этом варианте сочетаний природных и техногенных механизмов может привести к одному из полных, окончательных решений проблемы РАО.

Концептуально иной подход к проблеме обращения с отработавшим ядерным топливом предлагается в концепции «Не РАО, а СМАК (сырьевой материал атомного комплекса)». При условии минимизации объёма все РАО могут рассматриваться как ценное сырье. В разных технологиях концентрируются разные химические элементы. Поэтому это «техногенные месторождения», а целесообразность их последующего извлечения определят потомки.

Основные принципы концепции «Не РАО, а СМАК»:

- РАО отличаются от других техногенных отходов способом и степенью воздействия на организмы, снижением его со временем; как и другие ксенобиотики, они должны подлежать изоляции от биосферы;

- объёмы РАО АЭС и в топливном цикле относительно малы, принципиально могут быть уменьшены ещё в несколько раз, а по составу – это разнообразные химические элементы

- СМАК должны сохраняться в компактной форме как техногенные месторождения;

- подготовка СМАК к безопасному хранению предполагает: минимизацию объёмов, разделение потоков разных по химическому составу продуктов (с учётом экономической целесообразности), их классификацию и паспортизацию в местах производства, раздельное хранение в отсеках хранилищ в соответствии с составом, классами ядерной, радиационной, токсической и пожарной опасности.

Решение экологических проблем как радиационных, так и нерадиационных факторов воздействия АЭС на окружающую среду является основой долгосрочного развития атомной энергетики.

Ядерная энергетика положительно решает многие экологические проблемы, не потребляет ценного природного сырья и атмосферного кислорода, не выбрасывает в атмосферу парниковых газов и ядовитых веществ, и стабильно обеспечивает получение самой дешевой энергии. При истощении запасов органического топлива использование ядерного топлива – пока единственно реальный путь надёжного обеспечения человечества необходимой ему энергией, менее опасный для здоровья человека и окружающей среды.

При проектировании и эксплуатации АЭС жестко регламентированы: Правила и нормы радиационной безопасности

Твёрдыми радиоактивными отходами на АЭС являются в основном отдельные детали или узлы реакторного оборудования, инструменты, предметы спецодежды и средств индивидуальной защиты персонала, ветошь, фильтры из систем газоочистки. Эти отходы после переработки (сжигание, прессование, плавление) складируются в специальные хранилища-могильники. По показателю радиационного воздействия на человека и природное окружение нормально работающую АЭС можно считать безотходным производством.

Проблемы обеспечения безопасного хранения ОЯТ: поддержание подкритичности в местах его массового хранения обеспечение теплоотвода и водно-химического или газохимического режима с наружной стороны оболочек твэлов, поскольку оболочки представляют собой основной барьер на пути выхода радиоактивных продуктов в о.с.


Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200