Экологические проблемы сокращения ядерного оружия и обезвреживания радиоактивных отходов

Из материалов ООН известно, что с 1945 по конец 1987 г. на нашей планете было проведено 1741 ядерное испытание, из них 899 взрывов осуществили США (по другим данным – 919), 620 – СССР, 151 – Франция, 41 – Англия и 30 – КНР. К 1989 г. было проведено уже 1880 взрывов. При этом суммарная мощность ядерных взрывов, произведенных только в США, равнялась 11050 атомным бомбам, сброшенным на Хиросиму (В.В. Довгуша и др., 1995 г.). СССР в 1962 г. испытал на полигоне Новая Земля сверхмощную бомбу в 52 мегатонны. Напомним, общее количество взрывчатки, использованное в годы второй мировой войны, составило около 7 мегатонн.

В течение почти 40 лет ядерных испытаний на Земле происходило накопление радионуклидов. В биосферу было выброшено 12,5 т продуктов деления (при взрыве атомной бомбы над Хиросимой выделилось около 1 кг продуктов деления). Взрывы изменили равновесное содержание в атмосфере углерода ¹⁴С (с периодом полураспада 5730 лет) на 2,6%, а радиоактивного изотопа трития (с периодом полураспада 12,3 года) – почти в 100 раз. Радиоактивное излучение на поверхности Земли достигло к 1963 г 2% сверх естественного фона.

По данным станций наблюдения Госкомгидромета СССР, после испытаний на полигоне Новая Земля в 1961...1962 гг. уровни радиоактивных выпадений в северных регионах страны возросли на 2…3 порядка по сравнению с 1960 г.

Динамика экологической деградации, масштабы возможных ядерных катастроф создают угрозу существованию человечества. Общеизвестно, что любое увеличение доз облучения влечет за собой возникновение вредных мутаций, активизирует канцерогенез в нарождающихся поколениях. Живой организм не адаптируется к радиации. Даже самые малые дозы ее сеют смерть. По официальным данным, онкологическая смертность среди оленеводов почти в 2 раза больше, чем в среднем по бывшему СССР, причем рак пищевода у коренных северян встречается в 15…20 раз чаще. Естественный уровень мутаций (в отличие от других млекопитающих) держит человека вблизи порога генетического вырождения.

Ядерные взрывы оказывают разрушающее влияние на стратосферный озоновый экран, который, как известно, защищает живые организмы от губительного действия коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Какой бы совершенной ни была современная боевая техника, какие бы системы контроля и подстраховки не устанавливались, аварии и катастрофы невозможно исключить. Согласно источникам, за последние 40 лет произошло не менее 130 серьезных аварий только американских бомбардировщиков и ракет, при которых была вероятность ядерного или даже термоядерного взрыва. Не миновала чаша сия и нашу страну. В результате аварий и катастроф на советских и российских атомных подводных лодках (АПЛ) с 1968 по 2000 г. в Мировом океане оказалось 7 энергетических ядерных установок. Всего же, по данным американского журнала «Таймс», на дне Мирового океана находится 7 затонувших АПЛ различной национальной принадлежности, 10 атомных реакторов и 50 ядерных (атомных и водородных) боеприпасов. Несомненно, что это представляет собой огромную потенциальную опасность.

Серьезным предостережением человечеству явилась катастрофа, случившаяся на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. и нанесшая непоправимый ущерб, как множеству людей, так и развитию отечественной атомной энергетики.

Согласно имеющимся данным, последствия катастрофы оказались крайне тяжелыми. Во время самой аварии погибли 2 человека, 29 умерли позже от острого лучевого поражения, около 150 тыс. человек эвакуированы из 30 километровой зоны, которая прилегает к АЭС. В этой зоне запрещено проживание людей и ведение хозяйственной деятельности.

Выброшенное из реактора топливо в виде мелкодисперсных частиц диоксида урана, высокоактивных радионуклидов йода-131, плутония-239, нептуния-139, цезия-137, стронция-90 и других радиоактивных изотопов, вызвало загрязнение многих регионов. При этом наиболее сильно пострадали районы Гомельской, Могилевской, Брянской, Киевской и Житомирской областей.

Ученые проследили генетические последствия чернобыльской катастрофы и установили, что за время после аварии существенно возросло количество детей Беларуси с врожденными пороками развития. Выявлены и причины этого: лучевое воздействие на наследственный аппарат родителей, плохая экологическая обстановка в республике и неполноценное питание.

Согласно В.В. Радкевичу, рождаемость в сравнении с 1985 г. сократилась на 25%. Рост заболеваний беременных женщин вызвал снижение числа нормальных родов с 54 до 34%. Заболевание раком щитовидной железы у детей увеличилось с 0,42 на 100 тыс. человек в 1986 г. до 2,24 в 1992 г., а в Гомельской области с 0,25 до 12 (почти в 50 раз).

Радиоактивные отходы (РАО) классифицируются по различным признакам. По агрегатному состоянию РАО делятся на жидкие, твердые и газообразные.

Все жидкие РАО по степени активности подразделяются на три класса: 1-й класс – слабоактивные отходы, удельная активность которых не превышает 3,7·10⁷ Бк/м³; 2-й класс – отходы средней степени активности (удельная β-активность в пределах 3,7·10⁷ - 3,7·10¹³ Бк/м³); 3-й класс – высокорадиоактивные отходы (удельная активность превышает 3,7·10¹³ Бк/м³).

Типичными жидкими отходами 1-го класса являются сточные воды дезактивационных пунктов, санпропускников, прачечных и т.д. Высокоактивные РАО, содержащие преимущественно искусственные радионуклиды, образуются на конечных звеньях производственного цикла, а также в некоторых научных лабораториях. Особую опасность в экологическом аспекте (в связи с большим количеством) представляют отходы заводов, на которых перерабатываются облученные тепловыделяющие элементы АЭС с целью извлечения из них невыгоревшего ядерного топлива или выделения вновь образовавшегося плутония.

Твердые РАО также подразделяются на три группы: 1-я группа – удельная активность находится в пределах 7,4·10⁴ - 3,7·10⁶ Бк/кг; 2-я группа – удельная активность в пределах 3,7·10⁶ - 3,7·10⁹ Бк/кг; 3-я группа – удельная активность > 3,7·10⁹ Бк/кг.

К твердым РАО относятся: 1) негорючие отходы: металлы, стекло, керамика, строительный мусор и т.д.; 2) горючие отходы: дерево, пластмасса, резина, полихлорвиниловые изделия, текстиль и т.п.

Почти 98,5% ядерного топлива АЭС идет в отходы, представляющие собой радиоактивные продукты расщепления (плутоний, цезий, стронций и т.д.), которые нельзя уничтожить, а можно лишь вечно хранить на спецскладах. Если учесть, что загрузка только реактора мощностью 1000 МВт (это аналог злополучного 4-го реактора Чернобыльской АЭС) составляет около 180 т, чего хватает на 3 года, то за указанное время на территории АЭС с 4 реакторами скапливается до 700 т отработанного топлива. В случае аварии это может привести к глобальной экологической катастрофе.

Образующиеся в активной зоне ядерных реакторов тритий, углерод-14, криптон-15 и йод-129 практически полностью выделяются в биосферу. Так выброс трития атомной энергетикой СССР только за 1985 г. в 3,5 раза превзошел, по подсчетам специалистов, равновесное содержание его в атмосфере и более чем в 2 раза – содержание во всех реках континентов. Криптон-85, содержащийся в атмосфере, имеет в основном искусственное происхождение. Только за 1985 г. его «выработка» на всех АЭС (а следовательно, и выброс) в 500 тыс. раз превзошел равновесное содержание в атмосфере криптона-85 естественного происхождения.

Еще более опасные последствия имеют место в случаях катастроф и аварий на атомных объектах и предприятиях. Крупная авария произошла в 1957 г. в Челябинской области на радиохимическом заводе по переработке ядерного топлива и извлечения плутония для ядерных бомб. Этот завод с 1949 г. сбрасывал РАО в открытые водоемы, в частности, в озеро Карагай поступило 120 млн. кюри (1 Ku = 3,7·10¹⁰ Бк), что в два раза больше, чем в результате катастрофы в Чернобыле. В дальнейшем для жидких РАО были изготовлены бетонные емкости с покрытием из нержавеющей стали. Однако именно в них произошел взрыв с выбросом 2 млн. кюри. Облако прошло на север, оставив радиоактивный след длиной 105 км и шириной до 8 км. Из зараженной зоны переселили 17 тыс. жителей. Ликвидация следа производится до сих пор.

В системе МО РФ очень острой стала проблема нейтрализации РАО, которые образуются в процессе эксплуатации и ремонта, а также вследствие вывода из боевого состава атомных подводных лодок (АПЛ) 1 и 2-го поколений. Уже сейчас на Северном флоте, например, скопилось около 90 АПЛ с выслужившими свой срок реакторами. Всего же в пяти ядерных флотах мира (США, Россия, Китай, Англия и Франция) в 1990…1995 гг. предполагалось списать 190 реакторов. При плановом сроке отстоя активных зон реакторов до 5…6 лет некоторые установки находятся в этом режиме от 7 до 14 лет. При этом специалисты отмечают, что ВМФ не хватает хранилищ для РАО, а имеющиеся находятся далеко не в лучшем состоянии.

Свалки РАО в морях, в том числе и российских, возникли вслед за появлением атомного флота у ряда стран. Сбросы РАО, начавшиеся уже в 1959 г., продолжались систематически вплоть до 1992 г. в некоторых районах Балтийского, Баренцева, Белого, Карского, Охотского и Японского морей, а также в прибрежных водах архипелага Новая Земля и полуострова Камчатка.

По сводным данным (В.В. Догуша, 1995 г.), в период с 1964 по 1991 г. в северных морях затоплено 4900 контейнеров с твердыми РАО низкой и средней степени активности. У восточных берегов России, в Японском и Охотском морях за 1986…1991 г. было захоронено 6868 контейнеров со средне- и низкоактивными твердыми РАО, а также 38 судов и более 100 крупногабаритных объектов. Их суммарная активность оценивается специалистами в 22,2 тыс. кюри. За 30 лет эксплуатации атомного флота в экосистемы северных морей поступило около 100 тыс. м³ жидких РАО с активностью более 24 тыс. кюри.

Работы по организации морского радиоэкологического мониторинга в указанных районах начаты спецподразделениями ВМФ России только в 1992 г. До этого времени эпизодические исследования радиационной обстановки проводились на акваториях в 50…100 км от мест захоронения РАО. Непосредственно в районах затопления контроль не проводился в течение более 20 лет. Специалисты отмечают, что всложившейся ситуации невозможно определить действительное состояние защитных оболочек захороненных РАО и дать объективный прогноз относительно сроков, скорости и масштабов выхода радионуклидов в морскую среду.

Общее количество РАО, сброшенных в море США только в 1946…1970 гг. составило более 86 тыс. контейнеров с суммарной радиоактивностью около 95 тыс. кюри. В 1971…1983 г.г. РАО предприятий военной и мирной атомной промышленности регулярно сбрасывали в море Бельгия, Англия, Нидерланды и Швейцария, эпизодически – Франция, Италия, ФРГ, Швеция, Япония, Южная Корея. Подсчитано, что всего за 1967…1992 г. в Атлантическом океане оказалось 94603 т РАО, размещенных в 188188 контейнерах, общей активностью более 1 млн. кюри.

К настоящему времени выработаны (К.М. Сытник и др.) следующие технологии захоронения РАО: 1) для больших количеств высокоактивных РАО – концентрирование и последующее хранение (посредством остекловывания, бетонирования и складирования в глубоких шахтах); 2) для небольших количеств высокоактивных РАО – извлечение долгоживущих изотопов с высокой токсичностью (ядовитостью) перед удалением остаточной активности; 3) для отходов средней степени активности – хранение до достижения распада короткоживущих изотопов и последующее рассеивание в той или иной среде; 4) для относительно небольших количеств слабоактивных отходов – разбавление (например, водой) и последующее рассеивание.

Ряд специалистов считает, что захоронение РАО в морских глубинах имеет ряд преимуществ и менее опасно, так как там существуют более благоприятные условия для быстрого рассеивания и нейтрализации радионуклидов и меньше возможностей для заражения водных организмов, служащих объектами морского промысла.

На Третьей международной конференции по мирному использованию атомной энергии (1976 г.) в качестве наиболее безопасных в эколого-гигиеническом отношении были признаны только два метода захоронения РАО в море:

1) Захоронение в изолированном виде (в капсулах). Технология состоит в переводе РАО в стекловидное состояние (путем заливания жидким стеклом), смешении с цементом или в заключении остеклованной массы в коррозионностойкие контейнеры, которые способны выдержать большое внешнее давление. После этого их сбрасывают на большие глубины.

2) Захоронение малоактивных РАО в предварительно разбавленном виде. Для того, чтобы радиоактивность отходов, попавших в морскую среду, быстро убывала, сброс их рекомендовано осуществлять во время движения судна и желательно под винт. Ныне законодательство России запрещает подобное захоронение.

Хранение высокоактивных жидких отходов осуществляется в баках из нержавеющей стали с двойным дном, объемом от нескольких десятков до нескольких сотен кубометров. Устанавливают их в бетонных камерах, а для того, чтобы предотвратить возможный взрыв скапливающегося водорода, резервуар непрерывно продувают воздухом. Отработанный воздух в дальнейшем очищают от радиоактивных аэрозолей в специальных фильтрах.

Содержимое некоторых баков постоянно перемешивают, так как выпадение твердых частиц, например плутония или урана, может привести к накоплению критической массы и, следовательно, инициировать ядерный взрыв. Выпадение же в осадок радиоактивных солей другой природы может способствовать резкому повышению температуры и также породить взрыв, но уже тепловой, с выходом радиоактивности в окружающую среду.

Современное хранилище высокорадиоактивных отходов состоит из вертикальных шахт, горизонтальных штреков (коридоров) и собственно помещений для захоронений, сооружаемых, например, в соляных породах на глубине порядка 600 м. В полу помещения бурятся шурфы для хранения канистр с растворами отходов высокой удельной активности. Между шурфами необходимо выдерживать расстояние от 10 до 50 м. Причиной такого разнесения канистр друг от друга является их сильное тепловыделение; нарушение режима последнего может привести к катастрофе.

На Западе (США, Франция) прорабатывалось несколько проектов долговременных хранилищ отходов высокой удельной активности, включая и довольно экзотические. Один из них связан с запуском тяжелых ракет, загруженных высокоактивными отходами, в сторону Солнца, с последующим их уничтожением. Однако следует помнить, что, согласно статистике, до 2% запусков ракет заканчиваются их авариями в пределах атмосферы. Подобная катастрофа, естественно, обернется тяжелейшими последствиями, соизмеримыми с чернобыльской. В США ведётся длительная дискуссия и поиск мест для размещения двух грандиозных хранилищ для РАО на период до 10 тыс. лет. Они будут размещаться на глубине 300…1000 м в местах, не подверженных землетрясениям. Стоимость указанного проекта оценивается в 27 млрд. дол.

Одна из нерешенных проблем, сопровождающих эксплуатационный цикл АЭС, которые обеспечивают около 12% потребностей России в электроэнергии, состоит именно в необходимости достаточно безопасного захоронения соответствующих РАО. В настоящее время на территории РФ находятся 15 полигонов для захоронения РАО, на которых складируются отходы не только отечественных АЭС, но и других стран СНГ (при наличии соответствующего договора). Кроме того, туда до сих пор завозятся РАО и с территорий других государств, где в свою бытность Советский Союз сооружал атомные предприятия.

Вопросы для самоконтроля

1. Понятие загрязнения природной среды.

2. Общая характеристика источников загрязнения.

3. Ответные реакции природы (экологический бумеранг).

4. Экологические проблемы сокращения ядерного оружия и обезвреживания радиоактивных отходов.

Дата добавления: 2014-01-20