Радиоактивность — использование ядерной энергии.
Потенциально наибольшая лучевая нагрузка возникает при военном использовании ядерной энергии. Мирное использование атома на атом, электростанциях (АЭС) вследствие их высокой территориальной плотности в индустриальных странах бросает вызов инженерам, занимающимся безопасностью. Проблемы использования ядерной энергии зарождаются на урановых рудниках и последовательно возрастают при накапливании изотопов, изготовлении и работе реакторов и тепловыделяющих элементов (твэлов), завершаясь проблемой дезактивации и захоронения отходов.
Рисунок. Циркуляция ядерного топлива и концепции удаления отходов.
Урановые разработки
Поскольку в процессе естественного распада появляется летучий Rn-222, а излучатель, вдыхаемый в виде аэрозоля, добыча руды должна проводиться при высокой кратности вентиляции, превышающей кратность вентиляции на обычных рудниках в 5 — 10 раз.
Обогащение руд
Обогащение руд приносит с собой дополнительные проблемы с техникой безопасности на обогатительной фабрике, которые должны решаться на основе требований по защите персонала от радиоактивного излучения. Из вскрышных отвалов дочерние нуклиды естественных цепей распада могут просочиться в почву и грунтовые воды и, пройдя по цепям питание, накопиться в организмах. В технологических процессах обогащения урановых руд и при изготовлении тепло выделяющих элементов исходное содержание U-235 в рте в смеси с 99,3% U-238 повышается с 0,7 до 2 — 4%; при этом в процессе продолжающегося распада выпадают низко и среднеактивные твердые, жидкие и газообразные отходы, которые подлежат окончательному захоронению.
Основные проблемы ядерной энергетики — безопасность производства и ликвидация "сгорающих" активных стержней (твэлов).
Все ядерные установки на случай производственных и прочих аварий оборудуются защитными приспособлениями, выполненными по принципу многобарьерности.
Рисунок. Системы аварийной защиты атомной электростанции.
Системы быстрого отключения реактора предназначены для быстрого прерывания цепной реакции таким образом, чтобы выделение энергии в ядре реактора ограничилось бы только выделением тепла остаточных реакций распада. Резервная система подачи водоснабжения способна отвести это тепло и предназначена для понижения температуры охлаждающего теплоносителя.
Все важнейшие радиоактивные детали установки заключены в газонепроницаемый стальной защитный сосуд (контейнер), окруженный железобетонной оболочкой, которая должна защищать конструкцию от внешних повреждений (падения самолетов, взрывов, землетрясений, наводнений, ураганов, ударов молнии). АЭС отдает радионуклиды в виде газообразных продуктов распада (Хе-133), аэрозолей (Sr-90, Cs-137) и твердых продуктов (1-131, С-14). Из изотопа содержание, например, 1-131 составляет 1/30 допустимого предельного значения.
Реакторы размножители (бридеры).
Реакторы размножители (бридеры) предоставляют возможность обогащения природного урана в замкнутой технологической цепи. В обычных реакторах с лёгкой водой и реакторах, охлаждаемых водой под давлением, применяется легко расщепляющийся U-235 В бридерах Рn-239 (плутоний) отдает быстрые высокоэнергетические нейтроны, которые превращают стабильные ядра U-238 в расщепляемый Рn-239.
Теоретически 4 атома Pn-239 при переработке U-238 рождают 5 расщепляемых атомов Pn. Высвобождающееся тепло используется для производства электроэнергии.
Проблемы безопасности касаются нагретого до 500 °С жидкого теплоносителя — натрия, охлаждающего первичный контур реактора и отдающего свое тепло во вторичный замкнутый контур с водой для турбин. Величайшая потенциальная опасность заключается в больших расходах радиоактивного плутония и его использовании в преступных целях (бомба, упавшая на Нагасаки: Pn-239).
Безопасность опытного реактор» SNR-300 в Калькаре должна была обеспечиваться на уровне реакторов АЭС посредством установки нескольких изолирующих защитных оболочек, дополненных средствами аварийного отключения и отвода остаточного тепла, а также сосудами-ловушками внутренних и внешних утечек натрия.
Удаление отработанных активных стержней — ключевая экологическая проблема при эксплуатации АЭС.
Дискутируются такие технологии: непосредственное захоронение или концепция интегрированного удаления с регенерацией. Непосредственное захоронение дешевле на ~ 30%, а повторное использование экономит 35% топлива.
В концепции конечного захоронения приходится считаться с повышенной на 10 — 15% лучевой нагрузкой на рабочий персонал (при отнесении ее ко всему топливному кругообороту); любая новая атом, установка, например по регенерации активных стержней, усиливает радиологическую опасность для населения. Регенерация приводит к появлению Н-3, С-14, Kr-85, 1-129, α и β-зэрозолей, коротко живущих инертных газов и озона (вымирание лесов, озоновые дыры), которые активизируют образование фотооксидантов.
При проектировании регенерационной установки в Ваккерсдорфе, строительство которой заморожено, расчеты показали выход озона 440 т/год (природный мировой выход — 5800 т/год). Подлежащие окончательному захоронению радиоактивные отходы должны храниться в стеклоблоках в коррозионностойких стальных контейнерах, устанавливаемых в соляных штольнях (Горлебен).
Предпосылка безопасного хранения — геологически крепкая безводная, горная порода подземного хранилища (соль, гранит). Предпочтение отдается соли вследствие ее более высокого коэффициент теплопроводности. Хранение слабо и среднеактивных отходов проверено на соляном руднике в Ассе.
Рисунок. Окончательное захоронение на соляном руднике в Ассе.
