Атомная энергетика и радиационная безопасность
Атомными электростанциями (АЭС) располагают более 30 стран. Число ядерных реакторов превышает 500. По оценкам МАГАТЭ, коллективная доза от производства уранового топлива составляет 2,8ּчел.-Зв/(ГВт-год) для населения и до 50·103 чел.-Зв/(ГВт-год) для персонала. Расчеты выполнены для условий: радиус зоны облучения 2000 км, плотность населения 25 чел./км2.
Основные составляющие ядерно-топливного цикла (рис. 51):
добыча и переработка урановой руды;
изготовление топливных элементов;
производство энергии;
регенерация отработанного ядерного топлива;
захоронение радиоактивных отходов.
Основная опасность при добыче урана – газовые выбросы радона и хвостохранилища. Активность «хвостов», которые содержат от 0,001 до 0,01 % урана, обусловлена преимущественно 230Th (Т1/2 = 80 тыс. лет) и 226Ra (Т1/2 = 1602 года) и 222Rn (Т1/2 = 3,82 сут). Особенно опасны радий и радон. Первый легко выщелачивается и является потенциальным загрязнителем вод. Второй загрязняет воздух. Ожидаемая коллективная доза от радионуклидов, выделившихся из «хвостов» в течение 100 лет, при плотности населения 3 чел./ км2 для окрестности радиусом 100 км и 25 чел./ км2 в радиусе от 100 до 2000 км, равна 46 и 380 чел.-Зв.
На АЭС при делении урана большой выход имеют радиоизотопы инертных газов – криптона и ксенона, но наиболее опасны: 131I, 137,134Cs, 90Sr, 95Zr, 140Ba и 103,106Ru, которые накапливаются в топливных элементах (ТВЭЛах). При дефектах оболочек ТВЭЛов они (в первую очередь криптон, ксенон и йод) проникают в теплоноситель или в графитовую кладку реактора и далее в вентиляционные и канализационные системы.
В штатном режиме выбросы АЭС определяют инертные газы (41Ar, 133Xe, 85Kr) с примесью трития (3H) и йода (131I), иногда 137Cs, 129I и 14C. Активность газов может достигать (2‑4)·105 Ки/год, аэрозолей – 10 Ки/год, радиойода – 0,5 Ки/год. Газы и аэрозоли выбрасываются через трубы высотой 150 м, поэтому на местности вблизи АЭС осаждается лишь небольшая часть.
Основной загрязнитель водоемов-охладителей – 3H (от 2 до 0,1 Ки/МВт·год в зависимости от типа реактора). После распада 3H активности сбросов определяется 134,137Cs, в меньшей мере, 131I и 58,60Со.
До 95 % активности жидких радиоактивных отходов (РАО) приходится на долгоживущий 137Cs. При разгерметизации емкостей-хранилищ возможно попадание РАО в грунтовые воды.
Твердыми РАО являются материалы активной зоны реакторов, демонтированное оборудование, средства индивидуальной защиты и др. Твердые отходы направляют в специальные хранилища.
Выработавшая ресурс АЭС является, по сути, хранилищем высокоактивных отходов, а потому ее демонтаж и консервация должны предусматривать изоляцию в течение сотен лет.
Примерно раз в три года ТВЭЛы с частично выгоревшим топливом извлекают и выдерживают в бассейне-охладителе не менее 4–5 месяцев, пока не снизится активность 131I. Затем их направляют на переработку или захоронение. Дело в том, что отработанный ТВЭЛ содержит плутоний и еще пригодный к употреблению уран. В настоящее время регенерируется лишь часть ядерного топлива. При переработке возможны выбросы в атмосферу и сбросы в воду радионуклидов 3Н, 14С, 85Kr, 129I, 134Cs, 137Cs и трансурановых элементов. Некоторые страны (США) считают целесообразным отработанные ТВЭЛы помещать в хранилища.
Существуют способы изоляции РАО. Большинство специалистов предлагают захоронение РАО в горных породах. Это мнение основано на том, что залежи урановых и ториевых руд локализованы миллионы лет в определенных участках земной коры.
Рис. 45. Основные составляющие ядерно-топливного цикла