Радиоэкология: проблемы и перспективы

Радиоэкология сформировалась к середине 50-х гг. XX в. в связи с загрязнением окружающей среды радиоактивными веществами в результате ядерных испытаний, отходов атомной промышленности, аварий на атомных электростанциях и ядерных установках.

Большой вклад в развитие науки  внесли отечественные ученые—В. И. Вернадский, Л. П. Рихванов, А. М. Кузин, А. А. Передельский, В. М. Клечковский, Н.В. Тимофеев-Ресовский, Ф. А. Тихомиров, Р. М. Алексахин.

Масштабные исследования в области ядерной физики в начале прошлого столетия привели к интенсивному использованию радиоактивных материалов и энергии атома в промышленности, науке, медицине и в других областях. За 80 с лишним лет существования ядерной энергетики было построено более 450 коммерческих реакторов, множество экспериментальных станций и десятки тысяч ядерных боеголовок, накопились огромные запасы отходов различного уровня.

Радиоактивные отходы могут принимать форму различных состояний вещества. В зависимости от источника отходов радиоактивность может длиться от нескольких часов до сотен тысяч лет. При неправильной утилизации РАО могут привести к загрязнению окружающей среды.

Немного истории

С 1946 по 1993 год тринадцать стран сбрасывали свои радиационные отходы (РАО) прямо в океан. Некоторые сбросы представляли собой разбавление отходов поверхностными водами – их просто выливали в воду. В остальных случаях отходы собирали в контейнеры, которые сбрасывали на дно океана, где они взрывались под давлением воды. Следует учитывать, что даже самые прочные контейнеры со временем могут физически разрушаться.

СССР, Великобритания, Швейцария, США, Бельгия, Франция, Нидерланды, Япония, Швеция, Новая Зеландия, Германия Италия и Южная Корея (страны перечислены в порядке суммарных объемов сбросов) в общей сложности сбросили на более чем 100 океанских площадках только по официальным данным чуть более 137 000 тонн. По другим данным, общий объем составил 982 394 м3. Но реальная цифра может оказаться гораздо выше. Например, США не сообщили об объеме или тоннаже 90 543 контейнеров.

Изначально считалось, что такая мера рассеяния радиоактивных изотопов в окружающей среде достаточна, по аналогии с отходами производства в других отраслях промышленности.

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.

С 1993 года способ утилизации в океанах был запрещен международными договорами.

В Советском Союзе радиоактивные и токсические отходы, особенно в 40-х и 50-х годах 20-го века сваливались в ближайшие московские овраги, и затем, с ростом города, на этих местах появлялись жилые и промышленные кварталы. Когда найденные захоронения вскрывали, уже никто не знал, откуда свалка.

Что происходит сегодня

В настоящее время проблема утилизации радиоактивных отходов занимает одно из первых мест среди всех проблем радиоэкологии.

По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), сегодня в мире скопилось 200 000 тонн радиационных отходов и каждый год эта цифра увеличивается на 10 000 –12 000 тонн.

В современном мире существует несколько способов обращения с РАО, но ни один из них не идеален.

Резервуары с отработавшим топливом. Такой способ используют США. Большая часть их отходов хранится в водоохлаждаемых резервуарах на АЭС. Это не самый безопасный метод: выброс радиации на заводе в Фукусиме в Японии происходил из топлива, хранящегося в бассейнах. Это создает особую проблему для штата Миннесота, где атомные электростанции не предназначены для хранения ядерных отходов. Проектировщики делали ставку на строительство большого долговременного хранилища ядерных отходов в Юкка Маунтин, штат Невада, которое так и не было реализовано из-за опасений загрязнения грунтовых вод.

Сухое хранилище. В некоторых случаях после охлаждения отходов в резервуарах с отработавшим топливом их переносят и герметично закрывают в стальных и бетонных контейнерах. Проблема заключается в том, что такой способ намного дороже, чем хранение в бассейне, но также и намного безопаснее. Эти контейнеры гораздо менее подвержены пожарам, наводнениям, землетрясениям или другим природным явлениям. Они также не пропускают радиацию.

Долгосрочное захоронение. Радиационные отходы также захоранивают под землю, в пещерах, создавая так называемые “ядерные могильники”. Кто-то называет этот метод “закопали и забыли”. Но как показывает опыт некоторых стран, например, Германии, влияние таких захоронений на окружающую среду оказались непредсказуемыми. Существует риск утечки и загрязнения грунтовых вод. Кстати, такой “могильник” сейчас возводится под Красноярском, что вызвало волну возмущений среди жителей.

Переработка отработавшего ядерного топлива – процесс, при котором путём химической обработки из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) извлекается уран, плутоний и радиоактивные изотопы. С точки зрения энергоэффективности, переработка топлива в плутоний является целесообразной, потому что он в два раза эффективнее использует энергию, чем уран. Минусом такого способа обращения с отходами является его дороговизна. Кроме того, существуют некоторые соображения безопасности, связанные с тем, что плутоний сильнее нагревается и отрицательно влияет на бассейны с отработавшим топливом. Также существует большой риск загрязнения плутонием.

Переработка радиоактивных отходов происходит методами остекловывания, сжигания, уплотнения, цементирования. Несмотря на то, что такие способы сегодня применяются довольно активно, они не решают проблемы полной ликвидации отходов. Опасные материалы все равно имеют возможность влиять на окружающуюся среду. В связи с этим сегодня ведется разработка новых методов утилизации (к примеру, захоронение на Солнце).

В России ежегодно образуется 5 миллионов тонн ядерных отходов, из них перерабатывается и подвергается утилизации 3 миллиона тонн. К 2025 году планируется 89,5% РАО хранить в безопасном для людей и среды обитания состоянии, 8% – в специальных емкостях, 0,016% – в непостоянных хранилищах.

Незаконный сброс

По данным Организации Объединенных Наций, некоторые компании сбрасывают радиоактивные отходы и другие опасные материалы в прибрежные воды Сомали, пользуясь тем, что в стране не было действующего правительства с начала 1990-х годов. По словам одного из должностных лиц в Организации Объединенных Наций, это вызвало проблемы со здоровьем у местных жителей в прибрежном регионе и создало значительную опасность для рыбной промышленности Сомали и местной морской жизни.

Власти Японии решили вылить в Тихий океан радиоактивные стоки с АЭС «Фукусима». Речь идет о воде, которая использовалась для охлаждения поврежденных реакторов. За восемь лет с момента аварии на станции скопилось более 100 тонн воды.

По мнению местных властей, это не должно создать проблемы для безопасности людей и морских организмов, однако оппозиция и правительство Южной Кореи не согласны с такой позицией.

В то же время если от отходов не избавиться, то хранить их будет негде.

Перспективные решения

Ниже приведены несколько интересных возможных решений

Питание космического корабля. Европейское космическое агентство разрабатывает пилотную программу стоимостью 1 млн. фунтов стерлингов на использование гражданского плутония для ядерных батарей. Планируется, что они будут обеспечивать космические корабли в дальних полетах.

Алмазная атомная батарея – это название прототипа батареи, предложенного учеными из Бристольского университета. По задумке, такая батарея будет использовать в качестве энергии радиоактивность отработанных графитовых блоков, а именно – углерода-14. Во избежание вредного излучения внешняя оболочка батареи будет состоять из прочного алмаза. Как заявляют ученые, такая батарейка за 5730 лет разрядится только на 50%. Именно столько времени длится период полураспада углерода-14.

Ядерное оружие

За последние десятилетия возникла и становится все более острой качественно новая экологическая проблема – защита биосферы от радиоактивных загрязнений. Эти загрязнения непосредственно затрагивают все сферы географической оболочки и все ее компоненты. Кроме того, они сохраняют свое негативное воздействие в течение длительного времени – десятков и сотен лет.

Основными источниками радиоактивного загрязнения природной среды являются производство и испытания ядерного оружия. До 2000 г. в мире было проведено около 2 тыс. испытательных взрывов. Из них на долю США приходится 50,5% взрывов, СССР, России– 35,1%, Франции – 10,1%, Англии – 2,3%, Китая – 1,8% взрывов. Значительная часть этих испытаний сопровождалась существенными поступлениями в окружающую среду радиоактивных веществ.

В результате всех проведенных ядерных взрывов в биосферу попало огромное количество радиоактивных веществ, вследствие чего радиоактивный фон вырос в среднем на 3%. Этот новый уровень фоновой радиоактивности не представляет какой-либо опасности для живых организмов. Но в ряде регионов земного шара накопление антропогенных радиоактивных веществ может существенно превосходить средние величины и достигать критических размеров.

Заключение

В настоящее время 31 страна эксплуатирует АЭС. Италия стала первой страной, которая закрыла вообще все имевшиеся АЭС и полностью отказалась от ядерной энергетики. Бельгия, Испания, Швейцария, Тайвань осуществляют долгосрочную политику по отказу от ядерной энергетики. Германия планирует полностью отказаться от использования АЭС к 2022 году.

Несмотря на то, что сегодня остаются риски использования энергии атома, например, риск радиационного загрязнения в результате аварий на АЭС, использования ядерного оружия и недостаточных мер утилизации отработавшего ядерного топлива, атомная энергетика остается одной из самых эффективных и сравнительно экологичных способов получения энергии. 

Если говорить о России, то особенно уникальным проектом является плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов». Это единственная в мире на сегодняшний день АЭС такого типа. Она размещена в труднодоступном городе Певеке Чукотского автономного округа. Она заменит собой выбывающие мощность Билибинской АЭС и Чаунской ТЭЦ. Последняя работает на угле. "Академик Ломоносов" также будет опреснять воду.