Управление ядерными отходами

Некоторые могут считать карьеру в области управления ядерными отходами одной из самых непривлекательных профессий, но сотни технически подготовленных специалистов годами работают над решением проблем, связанных с ядерной энергетикой. Основная часть текущих вызовов носит политический характер.

Атомные электростанции вырабатывают около 20% электроэнергии в США. Большая часть высокоактивных ядерных отходов (HLW), образующихся на АЭС, — это отработанное ядерное топливо (ОЯТ), которое производится в густонаселенных районах восточной части страны. Самое безопасное место для хранилища — удаленное от людей, сухое и изолированное, вероятно, в западной части США, где меньше населения (и меньше избирателей!).

ОЯТ составляет около половины всех HLW в США. Другая половина связана с производством и наличием ядерного оружия. Все HLW находятся в федеральной ответственности. Около 90% радиоактивности ядерных отходов приходится на HLW. Наибольший объем ядерных отходов — это низкоактивные отходы (LLW), и они в основном находятся в ответственности штатов (или групп штатов), где они образуются. LLW определяется довольно неудобно — это всё, что не является HLW или отходами оборонного значения, включая отходы больниц, фармацевтических лабораторий, исследовательских центров, а также защитные костюмы, инструменты и подобные материалы с АЭС. В восточной части США большая часть LLW представлена пластиковыми гранулами, которые используются в ионообменных смолах на АЭС для очистки различных водяных контуров, задействованных в производстве энергии.

Отходы плутония из Национальной лаборатории Лос-Аламос в северной части Нью-Мексико впервые были отправлены на федеральный объект «Waste Isolation Pilot Plant» в Карлсбаде в марте 1999 года. 600 фунтов (270 кг) отходов состояли из загрязненной плутонием одежды и металлических контейнеров, упакованных в коробки и стальные емкости. Большая часть материалов была связана с производством ядерных батарей для космических зондов NASA и будет захоронена в хранилище, вырубленном в древних соляных пещерах на глубине около полумили (0,8 км) под землей.

В настоящее время основное внимание уделяется ОЯТ по двум причинам. Оно обладает высокой радиоактивностью и воспринимается как «локальная» проблема, поскольку образуется в местах проживания потребителей электроэнергии. В Европе существуют заводы по переработке ОЯТ для извлечения неиспользованного делящегося материала и производства нового топлива, но в США такая практика была запрещена в 1970-х годах. Это частично объясняет, почему отработанные топливные стержни накапливаются на американских АЭС.

Исследования сосредоточены на горе Юкка в Неваде, на западной границе Национального испытательного полигона, с целью оценки её пригодности в качестве хранилища для ОЯТ и некоторых оборонных отходов. В июле 2002 года, после того как обе палаты Конгресса США проголосовали за отмену вето со стороны штата Невада, президент Джордж Буш подписал закон, сделавший гору Юкка центральным хранилищем ядерных отходов страны. Многие политические лидеры и жители Невады активно выступали против этого плана, сомневаясь в возможности безопасного хранения ядерных отходов в течение 10 000 лет, как того требует федеральный Закон о политике в области ядерных отходов. Финансирование проекта Юкка-Маунтин было прекращено Конгрессом в 2011 году, но споры о том, где хранить ядерные отходы, продолжаются.

Цифры, описывающие объемы ОЯТ, едва ли понятны большинству людей. Общий объем всех существующих ОЯТ мог бы покрыть большой футбольный стадион слоем толщиной 4–5 футов, но ни один разумный человек не захотел бы сосредоточить такое количество тепла и радиоактивности в одном месте. В ОЯТ содержится около 1000 изотопов 100 различных элементов, большинство из которых радиоактивны. Они распадаются на стабильные элементы с разной скоростью, выделяя альфа-, бета- и гамма-излучение. Потребуется около 7000 лет, чтобы радиоактивность ОЯТ снизилась до уровня, сравнимого с радиоактивностью горных пород и минералов, из которых состоит наша планета.

Эти продукты деления содержатся в длинных титановых стержнях, каждый диаметром с карандаш, которые составляют топливные сборки на АЭС. Работники в защитных перчатках могут обращаться с топливными сборками до начала процесса деления. Однако после извлечения из реактора сборка хранится в бассейне с водой рядом с реактором в течение как минимум 10 лет. Наиболее старые сборки хранятся на месте в специально построенных бетонных контейнерах до тех пор, пока федеральное правительство не примет их и не найдет подходящее место для захоронения.

Другие варианты, рассматривавшиеся для HLW, включали отправку в космос и захоронение в глубоководных океанических желобах. Однако мировое сообщество пришло к консенсусу, что глубокая геологическая изоляция является наилучшим вариантом.

Для студентов, которые любят вызовы, управление ядерными отходами представляет собой интересную задачу. Вот несколько ключевых вопросов для изучения и обсуждения:

- Транспортировка отходов к месту захоронения. Должна ли она осуществляться по железной дороге или автотранспортом? Следует ли уведомлять общественность о времени транспортировки? Существуют ли меры реагирования на случай аварии?

- Сейсмичность места захоронения. Будет ли в ближайшие 10 000 лет наблюдаться значительная вулканическая или сейсмическая активность вблизи объекта?

- Гидрология. Достаточно ли доказательств того, что радионуклиды не проникнут в грунтовые воды в значительных количествах?

- Ядерное разоружение. Следует ли плутоний из «разоруженных» ядерных боеголовок превращать в ядерное топливо или сразу делать его бесполезным и захоранивать вместе с другими HLW?