Проблемы переработки ядерных отходов

     На  этом пути немедленно встает вопрос о  зависимости между величиной  воздействия и вероятности гибели особей. Известно, что среди биологов есть много сторонников пороговой концепции воздействий, когда допускается отсутствие последствий при воздействиях, интенсивность которых меньше определенных пороговых значений. Именно так, например, принято описывать токсическое действие вредных веществ.

     Строго говоря оптимизация безопасности АС - это комплексная задача, цель которой найти оптимальные условия функционирования АС по всем значимым ее компонентам - техническим схемам и параметрам оборудования, защитным системам, правилам эксплуатации и обслуживания, с учетом характеристик площадки и внешнего окружения. При такой оптимизации нужно учитывать все компоненты расходов и возможные потери по всем вариантам развития аварийных процессов. Поскольку задача в такой постановке слишком громоздка, часто расчленяют ее на более элементарные. Так в соответствии с рекомендации МКРЗ говорят об оптимизации радиационной безопасности. Можно подобным образом ставить вопрос об оптимизации безопасности экосистем.

     Нормы защиты окружающей среды должны предусматривать  обязательное восстановление качества среды, т.е. необходимую дезактивацию территорий, рекультивацию пахотных земель, oчистку воды водоемов. Желательно, чтобы в проектах АС были предусмотрены средства борьбы с чрезмерным загрязнением окружающей среды и для эффективного восстановления качества окружающей среды. Такие меры как фильтрационная очистка водоемов, промывка загрязненных участков с последующим сбором и очисткой всех сливов с загрязненных участков, временные укрытия особо ценных участков могут быть вполне экономически целесообразны и эффективны. Цель этих мероприятий - недопущение поступлений в элементы экосистем вредных веществ в количествах, превышающих возможности их экологических емкостей. Эти мероприятия составляют тот комплекс, который называют управлением состояния системы Атомная станция + Окружающая среда [5.,с.7].  

Глава 3. Проблемы переработки ядерных отходов

     Проблема  утилизации ядерных отходов во всём мире стоит очень остро. Дело в  том, что как таковой, технологии переработки (именно переработки) ядерных отходов на данный момент, просто не существует. Имеет место утилизация, то есть специальные методы упаковки отходов.

Опишем  кратко весь процесс утилизации по этапам.  Существуют три основных вида ядерных загрязнителей, и для  каждого из них есть свой способ переработки.

     1.Твёрдые ядерные отходы. Сюда входят одежда персонала и средства технического обслуживания (ветошь, тряпки, транспортная резина и тому подобное). Этот вид отходов ядерной промышленности сжигают в специальных печах, а пепел смешивают со специальным цементом. Полученные блоки запаивают в 200 литровые бочки и хранят.

     2.Жидкие ядерные отходы.  Это вода, используемая для мытья персонала и одежды, а также технологические растворы из системы теплоносителя или замедлителей. Данный вид отходов выпаривают, поступая в дальнейшем так же, как в пункте 1.

     3.Отходы в виде составных элементов конструкций реактора, транспортные средства и технические средства контроля над ядерными процессами. Переработка этого вида отходов является самой дорогостоящей. Существуют два способа. Первый подразумевает консервацию всех конструкций реактора с помощью саркофага. Второй предполагает демонтаж оборудования с его частичной дезактивацией и последующей утилизацией по схеме пункта 1.

     В итоге реактор, проработавший в  среднем от 30 до 50 лет даёт такое количество заряженного радиацией вещества, что если рассчитывать себестоимость электроэнергии с учётом затрат на утилизацию, то цифры оказываются достаточно большими.  Экологический вред при этом мы просто не в состоянии просчитать.

     Почему  же такое происходит. Главная причина  бедственного состояния дел заключается  в отсутствии теоретической базы. В этом вопросе учёные хранят равнодушное, если не сказать больше, преступное молчание.

     В чём заключается проблема переработки  ядерных отходов?

     Сделаем небольшой теоретический обзор  проблем, связанных с радиоактивностью. Причиной любой радиоактивности  являются процессы альфа-распада, а  также гамма-излучения. Чтобы управлять  такими процессами мы должны понять причину  их возникновения. Но в современных учебниках физики все эти процессы описываются как спонтанные, то есть беспричинные. В то же самое время, любой физик скажет вам, что беспричинных физических процессов не существует.

     Приведём  цитату:" радиоактивный распад - пример статистического вероятностного процесса. Скорость радиоактивного распада подчиняется закону, выраженному формулой Nt=N0eat, (е - основание натурального логарифма = 2.71828). Nt - число атомов радиоактивного элемента в момент времени  t; N0 - в начальный момент времени; a - постоянная радиоактивного распада. Зная её, легко найти период полураспада: T=ln2/a "[6.,с.122].

     Опишем  свои рассуждения, касающиеся поиска причин всех вышеуказанных процессов. Исследователями  были проанализированы последовательности изменений в радиоактивном семействе тория 232 и радиоактивном семействе урана 238. В результате такого анализа (основанного на общей теории взаимодействий) мы пришли к выводу о том, что все эти процессы вовсе не являются самопроизвольными и можно найти причину для их возникновения. Стала ясна связь между периодом полураспада определённого химического элемента и строением его атома. Дадим полученные выводы.

     Период  полураспада ядер химических элементов  находится в очевидной зависимости  от строения ядер. Чем более неправильным является строение ядра атома и всего атома в целом, тем выше скорость его распада. То есть имеет место энтропийный фактор.

     Энтропия  является мерой неупорядоченности  определённой системы. Энтропия связана  с числом различных микроскопических способов реализации конкретной макроскопически определённой и наблюдаемой ситуации. Если число эквивалентных способов реализации некоторой ситуации равно W, то энтропия пропорциональна логарифму числа W   S = k ln W (сравните с формулой для периода полураспада). Для молекулярных процессов коэффициентом пропорциональности в этом уравнении служит универсальная газовая постоянная в расчёте на одну молекулу k=R/N , где R – константа из закона состояния идеального газа, а N – число Авогадро. То есть для молекулярных процессов, это постоянная Больцмана. Величину W в вышеприведённом уравнении можно описать как число способов получения заданного состояния.

     Информация  о периодах полураспада элементов  из радиоктивных семейств урана 238, урана 235 и тория 232 такова:

     Уран 238 - 4.5 109 лет, уран 235 - 7.1 108 лет, уран 234 - 2.5 105 лет.

     Торий 234 - 24.1 суток, торий 232 1.39 1010 лет, торий 231 - 25.7 часа, торий 230 - 80 000 лет, торий 228 - 1.9 года, торий 227 - 18.2 суток.

     Протактиний 234 - 6.6 часа.

     Актиний 228 - 6.13 часа, актиний 227 - 21.6 года.

     Радий 228 - 6.7 года, радий 226 - 1620 лет, радий 224 - 3.64 суток, радий 223 - 11.7 суток.

     Франций 223 - 22 минуты.

     Радон 222 - 3.825 суток, радон 220 - 51.4 секунды, радон 219 - 3.92 секунды, радон 218 - 0.019 секунды.

     Астат 219 - 0.9 минуты, астат 218 - 2 секунды, астат 216 - 3 10-4 секунды, астат 215 - 10-4 секунды.

     Полоний 218 - 3.05 минуты, полоний 216 - 0.158 секунды, полоний 215 - 1.8 10-3 секунды, полоний 214 - 1.64 10-4 секунды, полоний 212 - 3 10-7 секунды, полоний 211 - 0.52 секунды, полоний 210 - 138 суток.

     Висмут 215 - 8 минут, висмут 214 - 19.7 минуты, висмут 212 - 60.5 минуты, висмут 211 - 2.16 минуты, висмут 210 5.01 суток.

     Свинец 214 - 26.8 минуты, свинец 212 - 10.6 часа, свинец 211 - 36.1 минуты, свинец 210 - 19.4 года, свинец 208, свинец 207 и свинец 206  - все изотопы стабильные.

     Теперь, зная зависимость скорости распада  ядер от их строения, мы можем предложить способ изменения скорости радиоактивного распада. Базируясь на взглядах общей  теории взаимодействий, касающихся строения атомных ядер, предлагается следующий способ воздействия на радиоактивные элементы, с целью ускорения их распада.

     Сделаем небольшое отступление. Вся проблема радиоактивных ядерных отходов  состоит в том, чтобы найти  оптимальный баланс между скоростью  распада и его характеристиками. Те элементы, которые распадаются  быстро, излучают большое количество энергии, те которые распадаются долго, имеют малое влияние на окружающую среду. Для грамотного решения проблемы ядерного загрязнения мы должны увеличить скорость распада таких элементов, которые имеют достаточную интенсивность и обладают «средним» периодом полураспада. Например, загрязнения, вызванные ядерными испытаниями, проведёнными более 50 лет назад, до сих пор присутствуют в атмосфере и выпадают на Землю вместе с осадками. Наиболее вредными считаются стронций и цезий.

     Сделав  вывод о том, что причиной различной  продолжительности распадов является различная степень хаотичности строения ядер соответствующих радиоактивных элементов, мы тем самым нашли способ изменения скорости распадов. Создав искусственным способом условия, которые будут способствовать увеличению хаотичности, мы ускорим процессы изменений ядра.

     Каким способом мы можем изменить хаотичность  ядра? Таких способов существует несколько. Например, создание в области нахождения радиоактивных элементов переменного  электрического поля большой напряжённости  или воздействие на радиоактивное вещество сильным электромагнитным излучением (лазером). Но наиболее эффективным способом, на наш взгляд является воздействие на радиоактивные элементы переменным магнитным полем особой конфигурации.

     Камера  в виде сферы снабжена большим количеством электромагнитов, оси которых направлены в центр сферы. Подавая электрический ток на некоторые электромагниты, мы создаём определённую конфигурацию магнитного поля. Затем резко изменяя эту конфигурацию, мы воздействуем на ядро, вынуждая его к распаду. Располагая ядерные отходы в центре сферы можно добиться не только ускорения распада ядер, но и использовать энергию такого распада известными способами, направляя её, например, на питание энергетической установки, осуществляющей распад. Заметим, что габариты сферической камеры мы можем изменять, как и конфигурацию расположения электромагнитов, подбирая их каждый раз под определённый вид и размеры заражённых веществ.

     Подведём  итог. Новый способ переработки  ядерных отходов основан на приципиально отличном от нынешних, новом подходе. Это действительно переработка (трансмутация), взамен существующей на данный момент практике утилизации (хранения).

     Изначально  считалось, что достаточной мерой  является рассеяние радиоактивных  изотопов в окружающей среде, как и в других отраслях промышленности. На предприятии "Маяк" в первые годы работы все радиоактивные отходы сбрасывались в близлежащие водоёмы. Вследствие чего загрязнёнными оказались теченский каскад водоёмов и сама река Теча.

     Позже выяснилось, что за счёт естественных природных и биологических процессов радиоактивные изотопы концентрируются в тех или иных подсистемах биосферы (в основном в животных, в их органах и тканях), что повышает риски облучения населения (за счёт перемещения больших концентраций радиоактивных элементов и возможного их попадания с пищей в организм человека). Поэтому отношение к радиоактивным отходам было изменено.

     На  данный момент сформирован ряд принципов, нацеленных на такое обращение с  радиоактивными отходами, которое обеспечит защиту здоровья человека и охрану окружающей среды сейчас и в будущем, не налагая чрезмерного бремени на будущие поколения.

     Основополагающие  принципы обращения с радиоактивными отходами:

     1) Защита здоровья человека. Обращение  с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень защиты здоровья человека.

     2) Охрана окружающей среды. Обращение  с радиоактивными отходами осуществляется  таким образом, чтобы обеспечить  приемлемый уровень охраны окружающей  среды.

     3)Защита за пределами национальных границ. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы учитывались возможные последствия для здоровья человека и окружающей среды за пределами национальных границ.

     4)Защита будущих поколений. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы предсказуемые последствия для здоровья будущих поколений не превышали соответствующие уровни последствий, которые приемлемы в наши дни.

     5)Бремя для будущих поколений. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы не налагать чрезмерного бремени на будущие поколения.

     6) Национальная правовая структура.  Обращение с радиоактивными отходами  осуществляется в рамках соответствующей  рациональной правовой структуры,  предусматривающей чёткое распределение обязанностей и обеспечение независимых регулирующих функций.