В наши дни почти для всех специалистов стало очевидным - полное или частичное рециклирование ОЯТ является необходимым условием для развития атомной энергетики. В противном случае, АЭС рискуют столкнуться в ближайшем будущем с нехваткой топлива, а на складах и хранилищах накопятся значительные объёмы опасных для окружающей среды ядерных отходов.
Но что именно следует возвращать в топливный цикл? Какие элементы желательно выжигать в ядерных реакторах, и какие изотопы можно, напротив, без проблем размещать в хранилищах? Ответить на этот вопрос поможет работа, проделанная коллективом во главе со Стивеном Пайтом из национальной лаборатории Айдахо (США).
Радиотоксичность многих изотопов, образующихся в ядерных реакторов в ходе реакций деления, захвата и других процессов, будет в течение длительного срока превышать радиотоксичность природного урана. По прошествии 1000 лет, основной группой, представляющей угрозу для окружающей среды, останутся актиниды - уран, плутоний и другие трансураны.
Рис.1. Зависимость от времени для радиотоксичности отдельных групп изотопов из ОЯТ легководных реакторов с глубиной выгорания 50 МВт×сут/кг.
Радиотоксичность приведена в условных единицах ("1" равняется радиотоксичности природного урана).
Actinides - уран и трансурановые элементы.
Lanthanides - лантаниды.
Other short-lived - другие короткоживущие изотопы.
Other long-lived - другие короткоживущие изотопы.
Остальные обозначения стандартны.
Каким образом возможно уменьшить опасность ядерных отходов? Прежде всего, из них следует убрать - и, соответственно, вернуть в ЯТЦ - уран, плутоний и младшие актиниды. Эти элементы могут быть использованы для получения дополнительного количества энергии, а их отсутствие в отходах сведёт задачу долгосрочного хранения к временному промежутку длиной всего лишь 1000 лет вместо исходно предполагавшегося миллиона лет.
Специалисты из Айдахо напоминают, что земная цивилизация уже имеет немалый опыт создания подобных сооружений, способных функционировать и не разрушаться в течение тысячелетия: "Люди имеют опыт успешного строительства на временном промежутке в несколько тысяч лет. У нас нет опыта строительства сооружений, способных сохраниться на протяжении сотен тысяч лет".
В первые несколько десятков лет определяющий вклад в радиотоксичность дают короткоживущие изотопы 137Cs и 90Sr. В рамках американской инициативы AFCI (Advanced Fuel Cycle Initiative) рассматриваются различные варианты отделения данных изотопов от прочих осколков деления. Если это будет осуществлено на практике в промышленных масштабах, то мы получим не представляющие большой опасности низкоактивные отходы, а также изолированные объёмы цезия и стронция, требующие особого наблюдения в течение всего лишь нескольких веков.
Технология выделения двух основных долгоживущих продуктов деления - изотопов технеция и йода - хорошо освоена в рамках методик семейства UREX+. После выделения, эти элементы необходимо захоранивать в той или иной форме, которая будет признана наиболее целесообразной.
Дальнейшее разделение элементов, накопленных в составе ОЯТ, не имеет особого смысла. Так, лантаниды, представляющие угрозу в первые годы после выгрузки топлива из реактора, распадутся за несколько десятилетий - иными словами, ещё до помещения отходов в долгосрочное хранилище.
Помимо радиотоксичности, ещё одним важным параметром, который необходимо принимать во внимание при выборе стратегии рециклирования, является тепловыделение. Избыточная теплота неминуемо приведёт к росту температур в долгосрочном хранилище ядерных отходов, так как, с технической точки зрения, представляется сложным обеспечивать надёжный теплосъём в течение длительного периода времени.
Рис.2. Зависимость от времени для тепловыделения (Вт/т) отдельных групп изотопов из ОЯТ легководных реакторов с глубиной выгорания 50 МВт×сут/кг.
Обозначения аналогичны обозначениям на Рис.1.
Анализ графика на Рис.2 подтверждает сделанный ранее вывод. Для борьбы за снижение остаточного тепловыделения в ОЯТ необходимо удалить из состава выгоревшего топлива актиниды, цезий и стронций. В этом случае, уже через 100 лет вероятность разрушения хранилища из-за резкого роста температур станет минимальной.
Радиотоксичность и остаточное тепловыделение, несомненно, входят в число полезных для специалистов параметров. Однако общественность будут интересовать иные цифры, а именно, возможные дозы облучения, связанные с функционированием долгосрочного хранилища.
Для обсуждаемого в США проекта "Гора Юкка" в настоящее время предложены следующие оценки для мощности эквивалентной дозы:
Увеличение мощности дозы с годами - а точнее, с тысячелетиями - обусловлено тем, что радионуклиды будут постепенно выходить из хранилища в биосферу. Наиболее опасным представляется их попадание в подземные воды.
Что будет давать основной вклад в мощность дозы через длительный промежуток времени? Как видно из Рис.3, через 100 веков главная угроза будет исходить от технеция и йода из-за их высокой мобильности. А вот через полмиллиона лет большая часть дозы окажется связанной с актинидами, причём, в первую очередь, с плутонием. По счастью, результаты расчётов показывают, что установленные для горы Юкка пределы по дозам не будут превышаться. Тем не менее, не исключено, что ради заботы о безопасности будущих поколений землян нам придётся задуматься о трансмутации долгоживущих изотопов йода и технеция.
Рис.3. Вклад отдельных изотопов в мощность дозы через 10 тысяч лет хранения (слева) и 500 тысяч лет хранения (справа).
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
ДАТА: 02.04.2008
