Вопрос радиационной безопасности в экологическом образовании в средней школе

Після екстракції з розчину (іноді для цього використовують процеси

іонного обміну, супроводжувані осадженням), осад, що містить уран, має

яскраво жовтий колір. Після високотемпературного сушіння окис урану (U3O8),

тепер уже зеленого кольору, завантажується в спеціальні ємності обсягом 200

літрів. Потужність дози опромінення на відстані одного метра від такої

ємності дорівнює, приблизно половині того, що людина одержує під час

польоту на літаку, тобто приблизно 0,002 мЗв/рік. В Австралії всі ці

операції проводяться відповідно до затвердженого урядом нормативами

радіаційної безпеки на підприємствах гірничодобувної промисловості. У

Канаді також застосовуються інструкції Комісії з радіаційної безпеки. В

обох країнах ці правила і норми встановлюють строгі стандарти контролю за

гамма-опроміненням, і можливим попаданням в організм радону й інших

радіоактивних матеріалів. Стандарти відносяться як до персоналу

підприємств, так і до населення. Доза 20 мЗв/рік протягом більш ніж п'яти

років є максимально припустимою для персоналу підприємств, включаючи

опромінення радоном і іншими радіоактивними речовинами (на додаток до

природного фону і крім експозиції при медичній діагностиці).

Гамма-випромінювання виходить переважно від ізотопів вісмуту і свинцю.

Газ радон виділяється з гірських порід, у яких відбувається розпад радію.

Унаслідок спонтанного радіоактивного розпаду він переходить у дочірні

ізотопи радону, що є ефективними випромінювачами альфа-частинок. Радон

знаходиться в більшості гірських порід, і, як наслідок цього, знаходиться й

у повітрі, що всі ми вдихаємо. При високих концентраціях радон становить

небезпеку для здоров'я, тому що невеликий період напіврозпаду означає, що

альфа-розпад може відбуватися усередині організму при його вдиханні, що, у

кінцевому рахунку, може викликати рак легенів.

При видобутку і виробництві урану передбачаються різні запобіжні заходи

для захисту здоров'я персоналу:

1. Ретельно контролюється рівень пилу, щоб мінімізувати попадання в

організм гама- чи альфа-випромінюючих речовин. Пил є головним джерелом

радіоактивного опромінення. Він звичайно дає внесок в кількості 4 мЗв/рік

у щорічну дозу, одержувану персоналом.

2. Обмежується зовнішнє радіоактивне опромінення персоналу в шахтах, на

заводах і місцях розміщення відходів. На практиці рівень зовнішнього

опромінення від руди і відходів звичайно настільки низький, що він

практично не впливає на збільшення припустимої щорічної дози.

3. Природна вентиляція відкритих родовищ зменшує рівень експозиції від

радону і його дочірніх ізотопів. Рівень опромінення від радону рідко

перевищує один відсоток від рівня, припустимого для безупинного

опромінення персоналу. Підземні шахти обладнюються зробленими системами

вентиляції для досягнення того ж рівня. На Австралійському і Канадському

підземному рудниках середня доза опромінення складає, приблизно, 3

мЗв/рік.

4. Існують строгі гігієнічні норми на роботу персоналу з концентратом окису

урану, оскільки він хімічно токсичний, подібно оксиду свинцю. На практиці

починаються обережності, що захищають органи дихання від попадання

токсинів.

Починаючи з п'ятнадцятого сторіччя, багато шахтарів, що працювали на

підземних шахтах поблизу нинішньої границі між Німеччиною і Чеською

Республікою, передчасно гинули від таємничої хвороби. Наприкінці 1800-их

років хвороба була названа як рак легенів, але тільки в 1921 році газ радон

був припущений у якості її можливої причини. Хоча це і було остаточно

підтверджене в 1939 році, у період з 1946 по 1959 роки, багато підземних

родовищ урану в США розроблялися без відповідних запобіжних заходів, що

випливають з європейського досвіду. На початку 1960-их років був

зареєстрований ріст ракових захворювань серед курящих шахтарів. Причиною

росту був тоді також визнаний газ радон і, що більш важливо, його тверді

дочірні продукти радіоактивного розпаду. Хвороба викликалася нагромадженням

дози опромінення від радону, отриманої 10-15 роками раніше.

Слабко вентильовані, пиловмісні процеси видобутку урану в США, що вели

до найбільшого ризику для здоров'я, сьогодні вже в минулому. За останні 35

років відбулися істотні зміни в технологічних процесах на підприємствах

гірничодобувної промисловості, що захищають шахтарів від різних небезпек.

Відкритий же кар'єрний видобуток урану фактично безпечний. Не існує жодного

відомого випадку захворювання, викликаного опроміненням шахтарів, що

працюють на відкритих уранових рудниках у Австралії чи Канаді.

Після технологічних процесів екстракції урану на підприємствах

гірничодобувної промисловості практично весь радіоактивний радій, торій і

актиній, що міститься у відвалах і, отже, рівні випромінювання радону з

таких відходів будуть, цілком ймовірно, істотні. Однак, малоймовірно, що

хто-небудь побудує житло на вершині відвальних порід і одержить підвищену

дозу опромінення, що лежить за межами міжнародних норм. Проте, відходи

повинні бути закриті достатньою кількістю ґрунту, щоб рівні гамма-

випромінювання не перевищували рівня природного фону. У цьому випадку

можливо і покриття цих місць рослинністю.

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.

2. 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.

[pic]

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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8