diplom (709881), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Приблизно 95 % радіоактивності в руді зі вмістом 0,3 % U₃ O₈ виходить від радіоактивного розпаду урану-238, що досягає, приблизно, 450 кБк/кг. Цей ряд має 14 радіоактивних довгоживучих ізотопів і, таким чином, кожний з них дає, приблизно, 32 кБк/кг (незалежно від масового співвідношення). Після обробки з руди видаляється уран-238 і небагато урану-234 (і уран-235) і радіоактивність знижується до 85% її первісного значення. Після видалення більшої частини урану-238, два короткоживучих продукти його розпаду (торій-234 і протактиній-234) незабаром зникають і, по витіканню декількох місяців, рівень радіоактивності знижується до 70% її первісного значення. Основним довгоживучим ізотопом тоді стає торій-230 (період напіврозпаду 77000 років), що перетворюється в радій-226 з наступним розпадом у радон-222.

Випромінювання радону, що знаходиться у відходах, протягом технологічних процесів до моменту їхнього надійного поховання може становити небезпеку для навколишнього середовища. Однак, варто мати на увазі, що радон присутній у більшості гірських порід і, крім локальних небезпек, згаданих вище, загальне регіональне збільшення радіоактивності від гірничодобувних операцій, зв'язаних з радоном, дуже мало.

Технічна вода, що використовується в технологічних процесах, також містить радій і інші метали, присутність яких було б небажано в зовнішнім середовищі. Ця вода зберігається і випаровується таким чином, щоб метали, що містяться в ній, були безпечні, і не попадали в навколишнє середовище. Технічна вода ніколи не скидається в природні стоки, а зберігається і випаровується в спеціальних дамбах.

Стік дощових опадів, відповідно до якості води, що міститься в них, здійснюється окремо по спеціальних дренажних системах. Металеві сульфіди в контакті з водою і повітрям у теплому кліматі мають тенденцію вступати в реакцію, особливо в присутності деяких бактерій. При цьому отримується сірчана кислота і токсично важкі метали (наприклад, мідь) можуть попадати через ґрунтові води у водойми. Вода поганої якості зберігається й обробляється.

1. Обробка і ліквідація радіоактивних відходів.

Одине з найбільш хвилюючих питань ядерного паливного циклу – це питання розміщення і збереження радіоактивних відходів. Найбільш важливим з них - це питання про високорівневі відходи. У роботі з ними існують два різних підходи: перший полягає в переробці вичерпаного палива для виділення високорівневих відходів і їхній наступне остекловування (чи бітумірування) і поховання, а другий – це в пряме поховання високорівневих відходів.

При "спалюванні" ядерного палива в реакторних установках утворюються продукти розпаду, це, наприклад, такі як ізотопи барію, стронцію, цезію, йода, криптону і ксенону (Ba, Sr, Cs, I, Kr, і Xe). Багато з ізотопів, що утворюються, накопичуються в межах самого палива. Вони високо радіоактивні, і відповідно, недовговічні.

Ці "малі" атоми формуються з частини палива, що розпадається, а ізотопи плутонію Pu-239, Pu-240 і Pu-241 (це той самий Pu-241, що перетворюється в америцій-241, використовуваний у побутових детекторах задимлення приміщень), а також і деякі ізотопи інших трансуранових елементів, які формуються з атомів урану-238 в активній зоні ядерного реактора при поглинанні ними нейтронів з наступним бета-розпадом. Усі ці ізотопи радіоактивні і крім плутонію, що розпадається, який "спалюється", залишаються у вичерпаному паливі, коли його видаляють з реактора. Більшість трансуранових ізотопів формує довгоживучу частину високорівневих відходів.

Радіоактивні відходи містять у собі різні матеріали, що вимагають окремих підходів по їхньому вмісту і збереження для запобігання впливу на людей і навколишнє середовище. Вони звичайно класифікуються як відходи низького рівня, проміжного рівня і високого рівня, відповідно до кількості і типу радіоактивності, що міститься в них.

Іншим фактором у роботі з відходами є час, протягом якого вони залишаються небезпечними. Цей час залежить від видів радіоактивних ізотопів, що містяться в них, і характеризується періодом напіврозпаду цих ізотопів. Період напіврозпаду – це час, протягом якого даний радіоактивний ізотоп утрачає половину своєї активності. Після чотирьох періодів напіврозпаду рівень активності знижується в 16 разів, а після восьми – у 256 разів.

Різні радіоактивні ізотопи мають періоди напіврозпаду від часток секунди до мільйонів років. Радіоактивність зменшується згодом унаслідок розпаду ізотопів і перетворення їх у стабільні, не радіоактивні елементи.

Швидкість розпаду ізотопів обернено пропорційна їхньому періоду напіврозпаду: чим менше період напіврозпаду, тим швидше дані ізотопи розпадаються. Отже, чим вище рівень радіоактивності в деякій кількості матеріалу, тим більша кількість короткоживучих ізотопів у ньому міститься.

Три основних принципи, що використовуються в роботі з радіоактивними відходами:

• "Концентрувати й ізолювати"

• "Розбавляти і розсіювати"

• "Витримувати і розщеплювати".

Два перших принципи використовуються в роботі і з нерадіоактивними відходами. Відходи концентруються й ізолюються, чи розбавляються (у дуже малих кількостях) до прийнятних рівнів і потім розсіюються в навколишнім середовищі. Принцип "витримувати і розщеплювати" відноситься тільки до радіоактивних відходів і означає, що відходи зберігають протягом визначеного часу, протягом якого їхня радіоактивність зменшується завдяки природному розпаду ізотопів.

Основна увага приділяється високорівневим відходам, що містять продукти розподілу і трансуранові елементи, що утворяться в процесі роботи ядерного реактора.

Високорівневі відходи містяться безпосередньо у відпрацьованому ядерному паливі чи в продуктах його переробки. Так чи інакше, їхня кількість не занадто велика – щорічно приблизно 25-30 тонн вичерпаного палива (або три кубометри осклованих відходів) утвориться в результаті експлуатації типового легко-водяного ядерного реактора потужністю 1000 Мвт. Така кількість може бути ефективно й ощадливо ізольовано. Рівень радіоактивності таких відходів швидко зменшується. Наприклад, відпрацьовані паливні елементи, витягнуті з легко-водяного реактора, настільки радіоактивні, що випускають кілька сотень кіловат теплової енергії, але рік по тому це випромінювання зменшується до п'яти кіловат, а після п'яти років – всього один кіловат. Через 40 років рівень радіоактивності в них падає, приблизно, у тисячу разів.

Після спеціальної переробки відпрацьованого палива, приблизно 3% високорівневих відходів знаходяться в рідкому стані і містять "золу" від згорілого урану. Це високорадіоактивні довгоживучі продукти розпаду урану і деяких важких елементів. Вони виробляють значну кількість теплоти і вимагають спеціального охолодження. Такі відходи остекловивають спеціальними складами в невеликі капсули, закладають на проміжне збереження з наступним довгостроковим розміщенням глибоко під землею. Такі принципи звертання з радіоактивними відходами прийняті у Великобританії, Франції, Німеччині і Японії.

З іншого боку, якщо відпрацьоване реакторне паливо не піддається обробці, то всі високо радіоактивні ізотопи залишаються в ньому. У цьому випадку з паливними елементами звертаються як з високорівневими відходами. Такий прямий підхід до роботи з відпрацьованим ядерним паливом прийнятий у США і Швеції.

Багато країн, включаючи Канаду, дотримуються різних концепцій, вибираючи між переробкою і прямим довгостроковим збереженням відпрацьованого ядерного палива.

Високорівневі відходи складають тільки 3 % від усіх радіоактивних відходів в усьому світі, але вони містять до 95 % усієї радіоактивності, що міститься в них.

Мал. 4. Що відбувається в легко-водяному реакторі через три 3 роки?

Поряд з високорівневими відходами ядерної енергетики, робота з радіоактивними матеріалами приводить до виникнення відходів низького рівня (засобу очищення устаткування, рукавички, спеціальний одяг, інструменти і т.д.). Такі відходи хоча і не представляють особливої небезпеки, але вимагають більш ретельного звертання ніж звичайне сміття. Відходи низького рівня надходять також з медичних установ, науково-дослідних лабораторій і промисловості. Вони можуть бути спалені. Але звичайно їх розміщають у спеціальних сховищах під землею. У будь-якому випадку, з них спочатку виділяють усі високо токсичні матеріали і включають у високорівневі відходи, що забезпечує безпеку й ефективність роботи з такими, відносно нешкідливими, матеріалами. Багато країн мають сховища для розміщення відходів низького рівня. Відходи низького рівня мають, приблизно, такий же рівень радіоактивності, як і низькосортна уранова руда, а їхня кількість, що утвориться щороку, майже в п'ятдесят разів більше, ніж кількість високорівневих відходів. В усьому світі вони складають 90 % від усіх радіоактивних відходів, але мають лише 1 % радіоактивності.

Відходи проміжного рівня головним чином виникають у ядерній промисловості. Вони більш радіоактивні і їх ізолюють від людей перед обробкою і розміщенням на збереження. Звичайно вони містять у собі різні смоли, хімічні опади, компоненти реакторного устаткування і забруднені матеріали від реакторів, що знімаються з експлуатації. Звичайно, такі відходи бітумують і розміщають у спеціальних сховищах. Короткоживучі відходи (головним чином, різні компоненти реакторного устаткування) зберігають у підземних сховищах, але довгоживучі відходи (від переробки ядерного пального) розміщають глибоко під землею. В усьому світі відходи проміжного рівня складають 7 % від усіх радіоактивних відходів і має 4 % радіоактивності.

Переробка відпрацьованого палива

Необхідність переробки вичерпаного ядерного палива викликається з однієї сторони можливістю відновлення невикористаного урану і плутонію у відпрацьованих тепловиділяючих елементах, а з іншого боку – можливістю зменшення кількості високорівневі радіоактивних відходів.

Переробка запобігає зайвій витраті коштовних ресурсів, тому що у своїй більшості відпрацьоване паливо містить до 1% ізотопу, що ділиться, урану-235 і трохи меншу кількість плутонію. Переробка дозволяє повторювати ядерний цикл у тепловиділяючих елементах, зберігаючи, приблизно, до 30 % природного урану. Таке змішане оксидне паливо – важливий ресурс. Виділені при цьому високорівневі відходи, перетворюють в невеликі, стійкі, незруйновані тверді капсули, більш зручні для подальшого збереження, ніж об'ємні відпрацьовані тепловиділяючі елементи.

На сьогоднішній день більш 75000 тонн відпрацьованого ядерного палива від цивільних енергетичних реакторів уже піддано повторній обробці, а щорічний обсяг переробки складає, приблизно, 5000 тонн.

Відпрацьовані паливні зборки, вилучені з реактора, дуже радіоактивні і виділяють тепло. Тому їх поміщають у великі резервуари, наповнені водою ("басейни витримки"), що охолоджує їх, а трьох метровий шар води поглинає небезпечне випромінювання. У такому стані вони залишаються (безпосередньо в реакторному відділенні чи на переробному заводі) протягом декількох років, поки рівень радіоактивності значно зменшиться. Для більшості видів ядерного палива, його переробка починається, приблизно, через п'ять років після вивантаження з реактора.

Звичайний легко-водяний реактор потужністю 1000 МВт виробляє щорічно, приблизно, до 25 тонн вичерпаного палива. Після попереднього охолодження воно може транспортуватися в спеціальних захисних контейнерах, що вміщають лише п'ять-шість тонн відпрацьованого палива, але самі важать до 100 тонн. Транспортування відпрацьованого палива й інших високорівневих відходів досить жорстко регламентуються.

Переробка відпрацьованого оксидного палива починається з розчинення тепловиділяючих елементів в азотній кислоті. Після цього роблять хімічний поділ урану і плутонію. Уран і плутоній можуть бути повернуті до початку паливного циклу – уран на конверсійний завод для дозбагачення, а плутоній безпосередньо на підприємства по виготовленню палива. Рідина, що залишається, після видалення урану і плутонію являє собою високорівневі відходи, що містять, приблизно, 3 % вичерпаного палива. Радіоактивність цих відходів висока, і вони продовжують виробляти багато теплоти.

Активна переробка ядерного палива вироблялася починаючи з 1940-их років, головним чином для регенерування плутонію у військових цілях. У Великобританії, металеві тепловиділяючі елементи від реакторів першого покоління з газовим охолодженням були повторно оброблені в Селфилде приблизно 40 років тому. За цей час завод, що переробляє 1500 тонн у рік, був значно удосконалений для підтримки належного рівня безпеки. З 1969 по 1973 рік на заводі також повторно оброблялося оксидне паливо на спеціально виділеній і модифікованій для цієї мети ділянці. Новий завод по переробці оксидного палива потужністю 1200 тонн у рік був побудований у 1994 році.

Характеристики

Список файлов реферата