10.3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция. Современные промышленные реакторы используют лишь ядерную реакцию деления. Существует два основных типа реакторов: на тепловых нейтронах и на быстрых нейтронах.

Реакторы на тепловых нейтронах пока наиболее распространены на АЭС. Наилучшей способностью к реакции деления под действием тепловых нейтронов обладают 235U, 233U, 239Pu и 231Pu. В природе встречается лишь один из них - 235U, который составляет 0,71% в природном уране. Для работы реактора необходимо обогащение урана изотопом 235U, количество которого в ядерном топливе составляет обычно 1,8 - 4,4%. Обогащенный уран в виде таблеток UO2 загружается в полые герметические стержни-твэлы (тепловыделяющие элементы), сделанные из циркониевых сплавов. Так как сечение реакции деления 235U максимально на тепловых нейтронах, то твэлы погружают в замедлитель нейтронов, в качестве которого служат обычно вода, графит и т.д. Основной частью реактора является активная зона, в которой размещаются твэлы и протекает ядерная реакция. Тепло, выделяемое при экзотермической реакции деления, отводится

235

из активной зоны жидким или газообразным теплоносителем (Н2О, СО2, Na и др.), в качестве которого иногда используют сам замедлитель (воду). Управление ядерной реакцией осуществляется специальными стержнями из материалов, сильно поглощающих нейтроны (бор, кадмий). Эти стержни могут вдвигаться в каналы активной зоны и замедлять или полностью прекращать реакцию. Активная зона вместе с отражателями нейтронов помещается в защитный кожух.

В процессе работы ядерных реакторов накапливаются твердые, жидкие и газообразные радиоактивные отходы. Это продукты деления ядерного топлива, продукты активации и остатки непрореагировавшего топлива.

Продукты деления образуются преимущественно внутри твэлов и там остаются. Выход за пределы оболочки твэлов ничтожно мал для всех радионуклидов, кроме трития (3Н). Через оболочки из нержавеющей стали проходит около 80% 3Н. С цирконием связывается 99% 3Н. Микротрещины и дефекты оболочек твэлов - источник загрязнения охладителя (в случае двух-трехконтурного реактора) или теплоносителя (при одноконтурном реакторе). В состав продуктов деления входят благородные газы, летучие и нелетучие вещества (табл. 10.2 и 10.3). Все они являются бета- и гамма-излучателями и имеют периоды полураспада от долей секунды до десятков лет.

Таблица 10.2

Биологически значимые радионуклиды, образующиеся при работе ядерного реактора
(по Бабаеву, Демину, Ильину и др., 1984)

Радионуклид Период полураспада Радионуклид Период полураспада Радионуклид Период полураспада
Благородные газы и йод
85Кr 10,7 года 113Хе 5,2 сут 129I 1,6 · 107лет
85mKr 4,5 ч 133mХе 2,2 сут 131I 8 сут
87Кr 1,3 ч 135Хе 9,1 ч 133I 21 ч
88Кr 2,8 ч 135mХе 15,7 мин 135I 6,6 ч
Твердые продукты деления
89Sr 51 сут 103Ru 39 сут 140Ва 13 сут
90Sr 28,6 года 106Ru 1 год 141Се 33 сут
91Y 59 сут 129mTe 34 сут 143Pr 14 сут
95Nb 35 сут 134Cs 2,1 года 144Се 284 сут
95Zr 64 сут 137Cs 30 лет 155Еu 5 лет
Продукты активации
51Cr 28 сут 59Fe 45 сут 3Н 12,3 года
54Mn 312 сут 65Zn 244 сут 14C 5730 лет
58Co 71 сут 95Nb 35 сут 41Аr 1,8 ч
60Со 5,3 года 95Zr 64 сут 110Ag 250 сут

236

Таблица 10.3

Удельная активность продуктов деления и трансурановых элементов в отработанном топливе реакторов мощностью 1 ГВт (эл.)
(по Бабаеву, Демину, Ильину и др., 1984)

Радионуклид Период полураспада Удельная активность, Ки/т топлива   Радионуклид Период полураспада Удельная активность, Ки/т топлива
Реактор на тепловых нейтронах Реактор на быстрых нейтронах   Реактор на тепловых нейтронах Реактор на быстрых нейтронах
Продукты деления   Трансурановые элементы
144Се 284 сут 892 1280   241Рu 15 лет 116 600
95Nb 35 сут 869 2660   242Сm 163 сут 19,3 65,5
95Zr 64 сут 524 2100   238Pu 88 лет 2,79 11,2
106Ru 1 год 459 1290   244Cm 18 лет 2,50 1,24
89Sr 51 сут 214 637   240Pu 6,5 · 103 лет 0,48 0,43
137Cs 30 лет 107 109   239Pu 2,4 · 104 лет 0,33 3,53
147Pm 2,6 года 104 353   241Аm 433 года 0,17 1,57
90Sr 29 лет 76,9 43,4   243Аm 7330 лет 17 · 10-3 50 · 10-3
3H 12,3 года 0,7 0,9   242Pu 3,8 · 105 лет 1,4 · 10-3 13 · 10-3

Среди продуктов активации присутствуют радионуклиды различного состава и продолжительности жизни (табл. 10.2 и 10.3). Наиболее долгоживущие - продукты активации топлива (изотопы Np, Pu, Am, Cm), имеющие периоды полураспада до десятков тысяч лет. Менее долгоживущие - продукты активации теплоносителя, охладителя и конструкционных материалов.

Подавляющая часть радионуклидов находится внутри твэлов. Отработанные твэлы выдерживают на территории АЭС в специальных бассейнах выдержки для распада короткоживущих радионуклидов. Затем их отправляют на радиохимические заводы, где после переработки они идут в отходы конечной стадии ядерного топливного цикла (ЯТЦ).

Технологическую схему АЭС конструируют таким образом, чтобы поступающие во внешнюю среду радионуклиды не превышали по своим концентрациям предельно допустимые концентрации (ПДК), предусмотренные санитарными нормами.

Газообразные отходы возникают в основном за счет очистки теплоносителя, протечек трубопроводов и вентиляционного воздуха. Они проходят сложную систему очистки на фильтрах и хроматографических колонках. Иногда газы выдерживают в специальных газгольдерах. Время выдержки - от нескольких суток до нескольких десятков суток, что существенно снижает их активность. Газы выбрасывают после очистки через высокую трубу (100 - 150 м), чтобы обеспечить лучшее разбавление в атмосфере.

237

В состав сбрасываемых отходов входят радиоактивные благородные газы (изотопы криптона и ксенона), небольшое количество трития, иногда и аэрозолей. Выбросы 3Н составляют порядка 20 Ки/МВт электроэнергии в год, а 14С - 6 - 10 мКи/1 МВт в год (Бабаев, Демин, Ильин и др., 1984).

Жидкие отходы непосредственно в окружающую среду не сбрасываются. Они подвергаются тщательной очистке методами ионообменной хроматографии, осаждения и др. Очищенные воды вновь используются, а твердые концентраты помещаются в емкости и после отверждения захораниваются. При переполнении емкостей для хранения очищенных вод они могут частично сбрасываться в окружающую среду. Это так называемые дебалансовые воды, активность которых не превышает предельно допустимых концентраций для питьевой воды, установленных санитарными нормами. Ахтивность в основном обусловлена тритием, от которого вода не очищается.

Твердые отходы с низкой удельной активностью включают сравнительно большие объемы веществ. Основная доля высокой активности приходится на отходы, которые по объему не превышают нескольких процентов. В них входят твердые остатки, накопившиеся при очистке жидких и газообразных отходов. Малоактивные отходы захоранивают в специально отведенном месте на территории АЭС, высокоактивные - отправляют в особые хранилища.

238



Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved