Чем отличается отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) от радиоактивных отходов (РАО)

13.06.2009
к.т.н. Виталий Хижняк
Красноярское краевое экологическое движение

Посетители нашего сайта иногда задают уточняющие вопросы относительно терминов, относящихся к области ядерной энергетики. Мы, естественно, не можем перепечатывать соответствующие учебники, справочники, статьи из Ядерной энциклопедии и т. п., но готовы отвечать на некоторые вопросы, требующие коротких ответов, высказывать своё мнение, прояснять ситуацию, давать экспертные оценки.

Мы уже дали краткий ответ на вопрос, чем отличается отработавшее ядерное топливо от ядерных отходов, а теперь расскажем несколько подробнее.

Итак, сначала об определениях.

По определениям, данным в Законе об использовании атомной энергии, ядерные материалы - это материалы, содержащие или способные воспроизвести делящиеся (расщепляющиеся) ядерные вещества; радиоактивные вещества - это не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение; а радиоактивные отходы - это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается. Что касается отработавшего ядерного топлива, то официального определения его я не нашёл, поэтому ниже предложу свой вариант.

Приведённые определения нуждаются в некоторой расшифровке и дополнениях.13.06.2009

Напомню, что делящимися называются такие изотопы некоторых химических элементов, ядра атомов которых могут самопроизвольно, а также и под действием нейтронов делиться (раскалываться, расщепляться) на две половинки, на два "осколка", с выделением большого количества энергии - до десяти гамма-квантов на один акт деления. Они могут давать цепную реакцию деления - управляемую (контролируемую) в ядерном (атомном) реакторе и неуправляемую в виде ядерного (атомного) взрыва.

Делящихся веществ, имеющих практическое значение и применение, всего два - это изотоп урана - уран-235 (оружейный уран) и изотоп плутония - плутоний-239 (оружейный плутоний). При этом уран-235 является природным изотопом, а плутоний-239 - искусственным: химического элемента плутония в природе нет (тем более его оружейного изотопа).

При этом для управляемой цепной реакции (то есть для атомных реакторов, для атомной энергетики) гораздо более пригоден уран, а для использования в ядерном оружии - плутоний. "Осколки" деления урана и плутония представляют собой радиоактивные изотопы элементов центральной части таблицы Д. И. Менделеева, начиная примерно с меди и кончая элементами-лантаноидами (европий, гадолиний, тербий).

Радиоактивные же вещества, то есть вещества, подверженные радиоактивному распаду, - это такие химические элементы и изотопы, ядра атомов которых могут выбрасывать из себя с огромной скоростью какую-либо "маленькую" (субатомную, "элементарную") частичку - альфа-, бета-частицу (электрон или позитрон), нейтрон, протон и др. с выделением небольшого количества энергии - одного или двух гамма-квантов на один акт распада. Радиоактивных веществ (химических элементов и изотопов), особенно искусственных, огромное количество. К настоящему времени их известно более 2-х тысяч. Радиоактивными являются также (кроме обладания способностью делиться) и упомянутые оружейные изотопы урана и плутония.

Радиоактивные отходы (РАО), как уже было сказано, - это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых в дальнейшем не предусматривается. Термин "ядерные отходы" не совсем корректен. Правильнее говорить о РАО, содержащих какие-то количества ядерных (делящихся) материалов, ибо сознательно делящиеся вещества никто в категорию отходов не переводит. Их стараются по возможности выделить.

Свежее ядерное топливо - это во всех случаях природный уран (обычно в виде двуокиси, иногда в виде металла), обогащённый делящимся изотопом - ураном-235. Для разных типов реакторов обогащение может быть разным. Топливо для наиболее распространённых типов реакторов атомных электростанций содержит порядка 4,5-5% урана-235, остальные 95,5-95% - неделящийся изотоп урана - уран-238. Для некоторых реакторов военно-морского флота, исследовательских реакторов обогащение может быть гораздо выше, практически до 90%.

Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) - это топливо на основе оружейного (делящегося) урана-235, которое 3 - 3,5 года "работало" в атомном (ядерном) реакторе, выделяя энергию за счёт деления ядер урана-235. После достаточно полного выгорания (деления) урана-235 топливо считается отработавшим, и его извлекают из реактора. При этом в ОЯТ остаётся почти весь неделящийся уран-238, но уже загрязнённый новыми искусственными изотопами урана, образовавшийся из урана-238 плутоний (смесь нескольких изотопов, в том числе оружейный плутоний-239, всего около 1% от веса топлива) и высокоактивные продукты деления урана-235 ("осколки"), которых в обычном ОЯТ около 4-5%.

ОЯТ во многих странах считается радиоактивными отходами и не перерабатывается, а хранится в герметичном виде в соответствующих хранилищах. В России также часть ОЯТ - от некоторых типов реакторов - "не подлежит переработке" (регенерации), не перерабатывается и поэтому относится к категории РАО. Некоторая часть ОЯТ перерабатывается на челябинском химкомбинате "Маяк". Из этого ОЯТ выделяют весь уран (в том числе остатки невыгоревшего урана-235), образовавшийся плутоний и некоторые необходимые для каких-либо целей радиоактивные изотопы. Процесс регенерации весьма сложен, дорог и наиболее опасен в смысле загрязнения природной среды. Все основные технологические операции ведутся дистанционно. Регенерированный уран и плутоний практически не используются.

Активность ОЯТ колоссальна. Считается, что активность 1 (одной) тонны "свежего" ОЯТ равна примерно 1 миллиону кюри. Соответственно, 1 килограмм ОЯТ имеет активность 1 тысячу кюри. При этом всего только 1 грамм ОЯТ (имеющий активность 1 Ки продуктов деления) обусловит дозу в 1 рентген в час (Р/час) на расстоянии 0,5 м. Для человека абсолютно смертельной является доза в 1000 рентген. Применительно к ОЯТ это означает, что человек, находящийся на расстоянии в полметра от 1 кг ОЯТ, за 1 час получит смертельную дозу радиации. А активности одной тонны ОЯТ (1 миллион кюри) хватит, чтобы обеспечить смертельную для человека дозу за пару секунд.

В качестве дополнения приведу выдержку из интервью бывшего Министра В. Н. Михайлова (журналист Е. Мазанова, "Городской курьер", г. Саров, 25 января 2001 г.). Вот его мнение.

"Сами посудите. Для людей отходы, скажем, лошади - навоз. А для кого-то пища - сколько вокруг него воробушков и букашек суетится? Такой же навоз от лошади - отходы от ядерной энергетики. Клевать их конечно можно... А если серьезно, "облученное топливо" - это не что иное, как отходы атомной энергетики. Такие же ядерные отходы, как и все прочие, полученные в атомной отрасли. Конечно, их можно перерабатывать, повторно использовать в реакторах. Такие технологические операции мы делаем. Но сказать, что это благо великое - ни в коем случае нельзя. Это высокоактивное вещество, которое нужно хранить в специальных контейнерах, перерабатывать в специальных условиях".

Подведём итоги

В ОЯТ содержится огромное количество высокоактивных изотопов и элементов - "осколки деления", искусственные трансурановые элементы-актиноиды активационного происхождения, в том числе смесь изотопов плутония ("реакторный плутоний"); очень небольшое количество невыгоревшего оружейного (делящегося) изотопа урана и почти весь неделящийся уран-238, сильно загрязнённый новыми, искусственными, высокоактивными изотопами урана. Минатом сам решает, какие разновидности ОЯТ "подлежат" переработке - с целью возможного дальнейшего использования, а какие "не подлежат переработке" и поэтому относятся к категории радиоактивных отходов и должно храниться вечно.

Но существует обоснованное мнение, что повторное (даже однократное!) использование регенерированного урана (а плутоний вообще пока не нашёл своего применения в атомных реакторах - он не позволяет надёжно управлять своей цепной реакцией) практически исключено. Если же его всё-таки использовать повторно хотя бы один раз, то ОЯТ второго поколения уже однозначно не будет подлежать переработке.

Поэтому предлагаю читателю самому решить, а нужна ли нам в принципе любая переработка ОЯТ или следует учесть опыт США и других стран и сразу отнести его к категории радиоактивных отходов.

Источник: http://nuclearno.ru/?id=3236