Файл: лекции ядер безопас.doc

Проблема утилизации устаревших ядерных объектов

Проблема утилизации отходов атомных реакторов электрических станций довольно подробно обсуждается ми­ровой прессой. За перемещением таких грузов следит прес­са и широкая общественность. Еще большей тайной окружены выводя­щиеся из эксплуатации подвижные источники радиации и, прежде всего, атомные подводные лодки (АПЛ). Утилизация устаревших ядерных объектов и, в час­тности, выведенных из эксплуатации АПЛ, технически очень сложна и дорога. Сегодня в отстое или эксплуатации находятся 475 подводных атомных лодок, в т.ч. 245 российских. Их замена должна произойти в ближай­шие 5 - 10 лет. Отсутствие средств в бюджете России на решение многих насущных задач вызывает дополнительные волнения людей, живущих в опасных зонах и, прежде всего, на Коль­ском полуострове и Севере России. Так же до настоящего времени не выполнено решение Правительства СССР, принятое в 1985 г., о строительстве спецхранилищ на Северном и Тихоокеанском флотах для за­хоронения реакторных отсеков атомных подводных лодок. Не решен вопрос с ути­лизацией компонентов ракетного топлива старых систем. Итак возникают проблемы, связанные с прекращением экс­плуатации ядерных энергетических устано­вок (ЯЭУ), созданных в 60 — 70-х гг. для ста­ционарных (АЭС, промышленные и исследо­вательские реакторы) и транспортных (атом­ные подводные лодки и ледоколы, крейсеры и авианосцы, и др.) объектов.

Захоронение и обезвреживание радиоак­тивных отходов (РАО), а также утилизация устаревших ядерных объектов ВМФ и ядер­но-топливного цикла по своей сложности, до­роговизне, социальной и экологической значимости — одни из наиболее серьезных и актуальных проблем, бурно обсуждаемых специалистами и экологами всех стран мира. Выведенные из боевого состава ВМФ и утилизируемые АПЛ являются потенциаль­ными источниками как ядерной, так и радиа­ционной опасности. Сложность решения проблемы утилиза­ции АПЛ и обезвреживания РАО связана не только с ее огромными масштабами, но и с необходимостью комплексного учета раз­нородных факторов, определяющих ее со­держание — политических, экономических, экологических, социальных, инженерно-технических, организационно-правовых. О масштабах и состоянии проблемы утили­зации АПЛ свидетельствуют следующие дан­ные.

В России к началу 1996 г. выведено из эксплуатации свыше 150 АПЛ, к 2000 г. ожида­ется увеличение их числа до 170—180 еди­ниц, частично утилизирована только 21 еди­ница. Хотя данная проблема затрагивает и другие государства (США, Китай, Францию), но в наиболее сложном положении при ре­шении данной проблемы оказалась Россия, которой к 2000 г. предстоит вывести из экс­плуатации и утилизировать в 3 раза больше АПЛ и в 5 раз больше судовых ЯЭУ, чем в США. Срок службы большинства выведен­ных из эксплуатации АПЛ 25 — 30 лет, а 35 % находящихся в отстое лодок были в эксплуатации более 30 лет. До 40 % списанных АПЛ более 10 лет не ремонтировались. Из выведенных в отстой АПЛ активные зоны выгружены только из 30 % лодок. Ос­тальные АПЛ фактически превратились в хранилища отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Их неудовлетворительное техническое состояние и трудности, связанные с поддер­жанием на плаву, создают серьезную опас­ность ядерных и радиационных аварий. Массовый, технически не подготовленный вывод АПЛ из эксплуатации вызвал резкое обострение проблемы обеспечения радиационно-экологической безопасности на этих ко­раблях и в регионах их базирования.

Основными задачами являются: − обеспечение радиационно-экологической безопасности вынужденного длительного (в течение 15 — 20 лет) нахождения на пла­ву списанных АПЛ; − выгрузка и транспортировка на пере­работку большого количества отработавших тепловыделяющих сборок; − необходимость безопасного хранения и переработки значительных объемов жидких РАО; − создание инфраструктуры для дли­тельного (не менее 70 — 100 лет) хранения вырезанных реакторных отсеков в специаль­но оборудованных местах; − разделка корпусов утилизируемых АПЛ с применением перспективных и эколо­гически безопасных технологий. Существующие технические средства хранения и обращения с РАО, в частности береговые и плавучие емкости, переполнены и находятся в аварийном состоянии.

Ряд строящихся современных технических средств (например, танкеры), находящихся в высокой степени готовности, не может быть принят в эксплуатацию из-за отсутствия финансирования. Вопреки принятым прави­тельством России постановлениям финанси­рование НИОКР по указанным проблемам практически не производится. Привлекаемые для утилизации АПЛ про­мышленные предприятия и ВМФ могут в на­стоящее время по своим производственным возможностям разделывать в трехотсечные блоки не более пяти-шести единиц в год. При таких темпах разделки происходит об­вальное накопление выведенных из эксплуа­тации АПЛ. Содержание одной АПЛ, выве­денной из боевого состава ВМФ, обходилось государству в 1993 г. в 2,5 млрд руб. Отсутствие плавучих технических баз и перегрузочного оборудования, 100 %-ная за­полненность хранилищ ОЯТ береговых тех­нических баз, дефицит и дороговизна специ­альных транспортных средств для его пере­возки практически парализовали процесс выгрузки ОЯТ из реакторов АПЛ, находя­щихся в отстое. Активные зоны не выгруже­ны из более чем 60 % выведенных из экс­плуатации АПЛ. Общий радиационный по­тенциал ядерного топлива реакторов этих АПЛ оценивается 250 — 3W млн. Ки.

В настоящее время на объектах ВМФ скопилось более 300 активных зон или более 70 тыс. тепловыделяющих сборок. Примерно половина этого количества продолжает на­ходиться в заглушенных реакторах выве­денных из эксплуатации АПЛ. Такое поло­жение сложилось с 1989 г. вследствие ус­тойчивого дисбаланса вывоза ОЯТ на ПО "Маяк" и его поступления с кораблей флота. Неготовность технических баз флота к прие­му и загрузке эшелона из-за недостаточнос­ти грузоподъемных средств и изношенности спецоборудования, неприспособленность бе­реговых сооружений ОЯТ для длительного хранения высокоактивных материалов усу­губляют тяжесть сложившегося положения. Поэтому изготовление дополнительных ком­плектов перегрузочного оборудования и соз­дание временных оперативных хранилищ ОЯТ являются задачами первостепенной важности.

Одной из наиболее сложных проблем ути­лизации АПЛ является обращение с выре­занными реакторными отсеками, поскольку требуется строгое выполнение особых техно­логических приемов, обеспечивающих ра­диационную безопасность человека и окру­жающей среды. Для утилизации реакторные отсеки раз­резают на куски размером 12х18 м и массой - 1000 т, содержащие около 105 Ки радиоак­тивных веществ осколочного и наведенного происхождения. Осколочной активностью обладают внут­ренние поверхности коммуникаций. Наве­денная активность образуется в конструк­тивных материалах, находящихся под воз­действием нейтронных потоков работающе­го реактора. В реакторном отсеке накопленная актив­ность наведенного происхождения в основ­ном приходится на кобальт-60. Последний испускает достаточно жесткое гамма-из­лучение и практически полностью определя­ет радиационную обстановку вблизи радио­активных конструкций и оборудования в течение первых 50 лет после расхолажива­ния реактора. Следующим по накопленной активности стоит никель-63, который, испуская бета-излучение, не оказывает существенного влияния на радиационную обстановку в от­секе, но играет решающую роль в оценке от­сека как твердого радиоактивного отхода (ТРО).

Бета-активный изотоп представляет большую опасность при попадании в орга­низм человека. Учет технических факторов при выборе длительности хранения РО обусловлен со­стоянием оборудования, систем корпусных конструкций. Важнейшим требованием яв­ляется исключение сквозных коррозионных повреждений корпуса реакторного отсека и сохранение его в состоянии, пригодном для разделки. Для обеспечению защиты окружающей среды и населения при консервации или уничтожении выводимых из эксплуатации атомных подводных лодок необходимо учитывать множество сложных, специфических, требующих пристального внимания факторов и конечно профессионализма в решении этой проблемы.

Несмотря на проделываемую работу при­родоохранных органов (Госатомнадзора, Госкомэкологии, Госкомзема, Минздрава России и др.), необхо­димо констатировать, что принимаемые ими меры явно не соответствуют степени обще­ственной опасности и распространенности экологических правонарушений. Располагая конкретной информацией о нарушениях законодательства, контролиру­ющие органы не принимают действенных мер к их устранению. Проверки соблюдения правил обращения с отходами проводятся нерегулярно, их эффективность крайне низ­ка, отсутствует надлежащий контроль за ус­транением выявленных нарушений, винов­ные юридические и должностные лица не привлекаются к установленной ответствен­ности, штрафные санкции принудительно не взыскиваются, а меры к возмещению ущер­ба не принимаются. Материалы о преступ­ных нарушениях природоохранительного за­конодательства в правоохранительные орга­ны не направляются. Зачастую сами органы контроля санкционируют незаконные дей­ствия, нарушают порядок привлечения ви­новных к установленной законом ответствен­ности. Редко используется и такая мера пре­сечения правонарушений, как закрытие или приостановка деятельности предприятий. Вместе с тем имеются существенные не­достатки и в работе правоохранительных органов. Многие из них на местах также заняли примиренческую позицию в отно­шении нарушений природоохранительного законодательства, неэффективно использу­ют свои полномочия для привлечения зло­стных нарушителей к установленной зако­ном ответственности.

Таким образом, нарушения законности приобрели массовый характер. Наносится огромный экономический ущерб стране, невосполнимый урон окружающей природ­ной среде, ставится под угрозу существо­вание будущего поколения россиян. Без срочного принятия кардинальных мер не­возможно предотвратить экологические и техногенные катастрофы. Но работа ведется, и в связи с этим разрабатываются мероприятий, направленных на укрепление правопоряд­ка и усиление надзора в этой сфере.

Например, при разработке федерального бюджета, ежегодно рекомендуются предусматривать выделение необходимых средств на финансирование федеральных целевых программ "Обраще­ние с радиоактивными отходами и отрабо­тавшими ядерными материалами, их ути­лизация и захоронение на 1996-2005 годы", "Отходы", а также Федеральной целевой программы развития таможенной службы Российской Федерации на 1996-1997 годы и период до 2000 года; Так же рекомендуется предусмотреть комплекс мер, направлен­ных на предотвращение незаконного выво­за и ввоза радиоактивных, химических, ток­сичных и иных вредных отходов производ­ства, а также механизм государственного принуждения к возврату иностранному по­ставщику отходов, ввезенных на террито­рию России незаконным, в том числе кон­трабандным, путем. Далее, проработать и утвердить механизм госу­дарственного экологического контроля за транзитом через территорию страны радио­активных отходов. Рекомендуется такое мероприятие, как ведение порядка обязательного государ­ственного страхования радиоактивных, хи­мических, токсичных и других опасных от­ходов при перемещении их через государ­ственную границу.

Тема 5. Понятие ядерного оружия

1. Ядерное оружие

2. Термоядерное оружие

3. Последовательность событий при ядерном взрыве

Понятие ядерное оружие объединяет взрывные устройства, в которых энергия взрыва образуется при делении или слиянии ядер. В узком смысле под ядерным оружием понимают взрывные устройства, использующие энергию, выделяемую при делении тяжелых ядер. Устройства, использующее энергию, выделяющуюся при синтезе легких ядер, называются термоядерными.

Ядерное оружие

Ядерная реакция, энергия которой используется в ядерных взрывных устройствах, заключается в делении ядра в результате захвата этим ядром нейтрона. Поглощение нейтрона способно привести к делению практически любого ядра, однако для подавляющего большинства элементов реакция деления возможна только в случае если нейтрон до поглощения его ядром обладал энергией, превышающей некоторое пороговое значение. Возможность практического использования ядерной энергии в ядерных взрывных устройствах или в ядерных реакторах обусловлена существованием элементов, ядра которых делятся под воздействием нейтронов любой энергии, в том числе сколь угодно малой. Вещества, обладающие подобным свойством называются делящимися веществами.

Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы (уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный уран, содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования в ядерном оружии.

Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее сложным с практической точки зрения является получение плутония-239, образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер). Подобный процесс можно осуществить в ядерном реакторе, работающем на природном или слабообогащенном уране. В дальнейшем, плутоний может быть выделен из отработавшего топлива реактора в процессе химической переработки топлива, что заметно проще осуществляемого при получении оружейного урана процесса разделения изотопов.

Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие делящиеся вещества, например уран-233, получаемый при облучении в ядерном реакторе тория-232. Однако, практическое применение нашли только уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты получения этих материалов.

Возможность практического использования выделяющейся при делении ядер энергии обусловлена тем, что реакция деления может иметь цепной, самоподдерживающийся характер. В каждом акте деления образуется примерно два вторичных нейтрона, которые, будучи захвачены ядрами делящегося вещества, могут вызвать их деление, в свою очередь приводящее к образованию еще большего количества нейтронов. При создании специальных условий, количество нейтронов, а следовательно и актов деления, растет от поколения к поколению.

Зависимость количества актов деления от времени может быть описана с помощью так называемого коэффициента размножения нейтронов k, равного разности количества нейтронов образующихся в одном акте деления и количества нейтронов, потерянных за счет поглощения, не приводящего к делению, или за счет ухода за пределы массы делящегося вещества. Параметр k, таким образом, соответствует количеству актов деления которое вызывает распад одного ядра. Если параметр k меньше единицы, то реакция деления не имеет цепного характера, так как количество нейтронов, способных вызвать деление оказывается меньшим, чем их начальное количество. При достижении значения k=1 количество нейтронов, вызывающих деление, а значит и актов распада, не меняется от поколения к поколению. Реакция деления приобретает цепной самоподдерживающийся характер. Состояние вещества, в котором реализуется цепная реакция деления с k=1, называется критическим. При k>1 говорят о сверхкритическом состоянии.