Материал: полный текст

Обычно радиоактивные отходы должны обрабатываться и кондиционироваться, чтобы придать им форму, приемлемую для безопасной погрузки, хранения и захоронения. Методы обработки включают в себя уплотнение и сжигание твердых отходов, выпаривание и химическое осаждение жидких отходов.

Кондиционирование обычно состоит из включения обработанных отходов в матрицы, которые отверждаются в блоки, обычно в пределах внешних контейнеров, обеспечивающих хорошую механическую прочность, стойкость к огню, низкую растворимость и хорошее коррозионную стойкость. Матрицами являются бетон, битумы, полимеры и стекло. Только включение радиоактивных отходов в твердые матрицы при условии получения монолитной структуры обеспечивает надежную защиту окружающей среды.

Наиболее распространенными методами отверждения жидких радиоактивных отходов низкой и средней активности являются цементирование и битумирование, высокой активности – остекловывание и включение в керамические формы. Кроме того, в качестве матриц могут использоваться стеклокерамика, стеклоцемент, металл, бетон, асфальт, полимеры.

Идея, заложенная в основу иммобилизации различных радиоактивных отходов в керамику, основана на использовании устойчивых в земной коре минералов, основная масса которых достаточно хорошо изучена. При получении керамической формы используется прессование при высокой температуре кальцинатов отходов, при котором происходит синтез кристаллических соединений. Ионы радионуклидов включаются в кристаллическую решетку в виде твердых растворов и термодинамически стабильны в условиях захоронения. При иммобилизации отходов в однофазные керамики в качестве матриц применяют радиологически инертные материалы: кремнезем, глинозем, α-кварц, муллит, рутил, поллуцит, цеолит, полевой шпат, апатит, сфен и др.

Вконцепцию окончательного захоронения РАО заложеныдва принципа

- Связывание радиоэлементов в соответствующих матрицах и окружение их постоянными барьерами для удержания (контейнеры и транспортная тара)

- Контроль за любой возможной утечкой остаточной радиоактивности в окружающую среду. Это достигается путем тщательного выбора геологической вмещающей среды и благодаря надлежащим образом спроектированным установкам для захоронения (рис.38). По степени пригодности для захоронения и хранения радио­активных отходов МАГАТЭ определило следующую степень соот­ветствия критериям безопасного обращения с отходами: 1) хемогенные породы: каменная соль, ангидриты, гипсы, калийные соли; 2) осадочные породы: глинистые осадочные отложения, известня­ки, песчаники; 3) вулканические и метаморфические породы: граниты, базальты, туфы, гнейсы и аспидные сланцы (4). Барьеры захоронения предназначены для сведения к минимуму уровня радиоактивности, достигающего биосферы (112).

Основой комплексного подхода к локализации отходов является концепция создания многобарьерной системы их изоляции. Включенные в матрицу отходы герметически упаковывают в металлические контейнеры и помещают в скважины, пробуренные в геологической породе, т.е. матрица и геологическая формация являются основными компонентами системы. Дополнительными барьерами против загрязнения среды радионуклидами служат металлический контейнер (как правило, из нержавеющей стали) и его защитное покрытие из коррозионно-стойких материалов (стали, титановые или никелевые сплавы), а также материал засыпки или наполнителя, располагаемый между контейнером с отходами и основной породой хранилища. Материал засыпки, в качестве которой часто используют глину (например, бентонит) и ее смеси с другими материалами, служит сорбирующей средой и способствует передаче тепла и нагрузки. Сохранность многобарьерной системы изоляции рассчитана на 1000 лет. В ходе эксплуатации хранилища, непрерывно проводится радиометрический мониторинг с целью оценки безопасности приповерхностного захоронения твердых и отвержденных радиоактивных отходов.

Рис. 38. Схема строения хранилища для радиоактивных отходов (157).

Оценки возможной опасности для биосферы Земли показали, что время полной изоляции высокоактивных отходов (ВАО), содержащих актиниды, должно приближаться к миллиону лет. Поэтому захоронение отходов сопряжено не только с преодолением технических трудностей долговременной изоляции ВАО в условиях непрерывного рассеяния тепла, генерируемого радиоактивным распадом, с учетом возможных климатических и геологических изменений, но и с долгосрочной социальной ответственностью перед будущими поколениями.

Захоронение отходов в осадочные наслоения и скальные пласты под дном океана осуществимо в двух вариантах: путем подводного бурения полостей для размещения контейнеров на определенных расстояниях, необходимых для рассеяния тепла, с последующим запечатыванием поверхности породы над скважиной или путем организации свободного падения контейнера обтекаемой формы от поверхности воды, когда развиваемая скорость обеспечивает проникновение в дно на глубину до 50 м. Более дешевым способом могло бы стать захоронение на дно океана, реализуемое простым погружением герметических контейнеров с отверженными отходами, стойкими к выщелачиванию. Основной аргумент в пользу сброса радиоактивных отходов в Мировой океан—это наличие глубоководных областей с относительно медленной цир­куляцией вод в горизонтальном и вертикальном направлениях и со сравнительно низкой биологической продуктивностью, что мо­жет создать предпосылки длительной изоляции радиоактивных веществ от включения в биогеохимические циклы миграции (158).

При решении вопроса о сбросах в морскую и океаническую сферу радиоактивных отходов следует учитывать быстро растущее значение Мирового океана как источника ценных пищевых продуктов для человека. По мере расширения наших знаний о гидрофизике и гидробиологии моря выясняется, что многие ранее считавшиеся изолированными и биологически бед­ными глубинные области моря не являются такими автономны­ми и биогенно инертными. Это требует очень осторожного под­хода к решению проблемы удаления радиоактивных отходов в моря и океаны (4).

9 Гигиенические и экологические основы радиационной защиты человека и окружающей среды

9.1 ОпредеЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕЙ ОБЛУЧЕНИЯ

Нормирование радиационного фактора началось в 1930-е гг. В это время для профессиональных работников была установлена дневная допустимая доза. Она соответствовала допустимому пределу дозы (ДПД), равному 0,5 Зв (50 бэр) в год. Позже в результате эпидемиологических исследований было выявлено увеличение заболеваний раком у врачей-рентгенологов и специалистов, постоянно работающих с радиоактивными веществами (радием, торием и продуктами их распада). Примерно на 5 лет сокращалась продолжительность жизни этих категорий специалистов, что послужило основанием для снижения ДПД до 0,15 Зв (15 бэр) в год. Проведенные впоследствии комплексные долговременные исследования состояния здоровья персонала нe позволили установить сокращения продолжительности жизни, однако было обнаружено повышенное количество лейкозов. Поэтому в 1960 г. для профессиональных работников ДПД был снижен до 0,05 Зв (5 бэр) в год. При данном значении ДПД, действующем и в настоящее время, не вы­явлено увеличения возникновения лейко­зов и других форм злокачественных но­вообразований, а также не наблюдается ухудшения состояния здоровья у персона­ла за весь период трудовой деятельности.

До середины 1970-х гг. ДПД рассматри­вался как некий пороговый уровень, ниже которого отсутствуют вредные для здоровья эффекты облучения, в том числе отдаленные.

В 1977 г. в целях повышения уровня без­опасности при использовании ионизирующего излучения Международная комиссия радиацион­ной защиты (МКРЗ) приняла концепцию беспороговой линейной зависимости возни­кновения злокачественных новообразова­ний и генетических повреждений при нор­мировании радиационного фактора и оцен­ки возможных неблагоприятных для здо­ровья отдаленных последствий облучения (3).

Из предложенной концепции вытекают три основных принципа радиационной защиты, которые приняты в современном нормировании.

Принцип обоснования. Не должна про­водиться любая деятельность, связанная с использованием источников ионизирующего излучения, если польза для отдель­ных лиц и общества в целом не превышает риска, вызванного дополнительным облучением (по отношению к естественному радиоактивному фону). Этот принциап реализуется путем обязательного лицензирования деятельности, связанной с возможным воздействием на людей ионизирующего излучения.

Принцип оптимизации. При использо­вании любого источника ионизирующего излучения индивидуальные дозы и число облучаемых людей должны поддерживаться на столь низком уровне, насколько это возможно и достижимо с учетом экономических и социальных факторов. Разрабатываются методы ав­томатизации технологических процессов, оптимизации труда и введения системы контрольных уровней. Контрольные уровни — это значения дозовых пределов и допустимых уровней, устанавливаемых ру­ководством учреждения (предприятия) и местными органами госсанэпиднадзора в целях максимально возможного снижения радиационного воздействия на персонал, население и объекты окружающей природной среды по отношению к регламентируемым нормативам и исходя из достигнутого уровня радиационной безопасности.

Принцип нормирования. Индивидуальная доза облучения персонала и населения от всех источников ионизирующего излучения в процессе их эксплуатации не должнa превышать действующих дозовых пре­делов (3).Для этого осуществляется государственного надзора за обеспечением радиационной безопасности и установленным порядком ответственности за превышение регламентируемых дозовых пределов (89,73).

9.2 ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

В первый период использования ядерной энергии вопросы обеспечения радиационной безопасности касалась только персонала, непосредственно связанного с ядерными установками, и людей, проживающих в непосредственной близости к этим предприятиям. В современный период быстрого и широкого развития ядерной энергетики фактор дополнительного воздействия ионизирующих излучении на человека и окружающую его среду приобретает глобальный характер. В этих условиях должны быть разработаны принципиально новые концепции радиационной защиты человека, так как в этом случае в качестве облучаемого контингента должно рассматриваться все население земного шара. Глобальное рассея­ние искусственных радиоактивных веществ и техногенное усиление темпов круговорота естественных радионуклидов обусловливают дополнительное, по сравнению с природным фоновым, облучение любого живого организма в биосфере Земли, что одновременно с радиационно-гигиеническими проблемами может выдвигать задачи экологического нормирования радиационных воздействий на природные сообщества микроорганизмов, растений и живот­ных (3).

В основу современных концепций нормирования радиационного фактора положен принцип ограничения дозы на человека. В Пуб­ликации № 26 МКРЗ (85), отражающей наиболее современные воззрения на принципы радиационной безопасности, говорится, что «...меры радиационной безопасности, необходимые для защиты населения, по-видимому, будут достаточны, чтобы одновре­менно защитить и все другие виды живых организмов, хотя и не обязательно все особи этих видов». МКРЗ, следовательно, полагает, что если человек надежно защищен от облучения, другие виды живых организмов будут также достаточно защищены. Повышение радиационного фона в глобальных масштабах де­лает актуальной задачу разработки принципов охраны здоровья человека и окружающей его среды с учетом непосредственного воз­действия ионизирующих излучений на объекты природной среды. Это целесообразно назвать экологическим принципом нормирова­ния радиационной нагрузки. В дополнение к анализу влияния облучения на человека, что можно считать радиационно-гигиеническим, или антропогенным принципом нормирования радиацион­ного воздействия. При применении критериев радиоэкологическо­го нормирования имеется в виду помимо решения задачи охраны биологических ресурсов нашей планеты, в первую очередь сохранения генофонда живых организмов в биосфере Земли, также обес­печение такой среды обитания человека, которая необходима для его нормального существования. При этом нужно исходить из те­зиса, что охрана здоровья человека от радиационного воздейст­вия — это не только прямая защита его от облучения, но и обеспе­чение радиационной безопасности самой среды, так как человек может быть здоров только в «здоровой» среде (3).

По рaдиoycтoйчивости человек относится к са­мым радиочувствительным организмам в биосфере. ЛД100 для него при остром воздействии составляет 4,5 Гр. Однако целый ряд других объектов внешней среды, помимо упомянутых выше млекопитающих, в общем достаточно близок по радиорезистентности к человеку. Доказано, что существовавшая в 60-х годах концепция прямой зависимости между филогенетическим возрастом живых организмов и радиоустойчивостью (чем старше организм на фило­генетической лестнице, тем он более радиоустойчив) не является строгой. Так, филогенетически более древние организмы—древес­ные породы (особенно хвойные) оказываются по радиочувствитель­ности достаточно близкими к филогенетически более молодым представителям живого мира — млекопитающим и человеку. Ра­диоэкологическими исследованиями в нашей стране и за ру­бежом показано, что гибель взрослых сосновых деревьев при остром облучении происходит при дозе около 1—2 Гр. Эта доза еще ниже для молодых (5—10-летних) деревьев. Таким обра­зом, хвойные древесные породы, составляющие основу значитель­ной части лесного покрова Земли, по радиочувствительности близ­ки к человеку и млекопитающим; коэффициент запаса по дозовым воздействиям, ведущим к летальным последствиям, для человека относительно хвойных растений не превышает 2—4 Гр. Поглощенная доза около 20 Гр ведет к гибели не отдельных представителей живого мира, а к поражению целых природных экосистем, каковы­ми, в частности, являются хвойные леса. Обширная экологическая литература о действии ионизирующих излучений на природные и искусственные экосистемы свидетельствует о том, что поглощенная доза 2—10 Гр вызывает существенные видимые радиационные повреждения у многих типов природных и искусственных со­обществ растений и животных (3).

Вместе с тем длительные (десятки и более лет) экологические наблюдения за действием ионизирующих излучений на природные экосистемы показывают, что неблагоприятные сдвиги в природной среде могут иметь место и при значительно более низкой дозе излучения (0,1 – 0,3 Гр). К сожалению, радиоэкологическая инфор­мация о влиянии ионизирующих излучений на естественные и искусственные сообщества растений и животных еще не дала убе­дительных однозначных ответов о дозовой зависимости радиацион­ных эффектов на биогеоценотическом уровне (это в основном свя­зано со сложностью и комплексностью наблюдений за действием ионизирующих излучений в природе). Однако в этой ситуации це­лесообразно ориентироваться на более осторожные (консерватив­ные) радиоэкологические прогнозы последствий облучения природ­ной среды, чтобы избежать недооценки радиационных эффектов в окружающей человека среде.

Антропогенный (радиационно-гигиенический) подход к нормированию содержания радионуклидов в окружающей среде т. е. оценка предельно допустимых концентраций радиоактивных веществ в объектах внешней среды только с точки зрения радиационной безопасности человека как объекта облучения, не во всех радиологических ситуациях достаточно полный, чтобы обеспечить одновременно радиационную защиту и человека, и других находя­щихся в окружающей среде живых организмов. Несмотря на то, что природное сообщества живых организмов весьма резистентные образования по отношению к дозам излучений, с которыми связано широкое использование ядерной энергии, задача обеспечения радиационной безопасности биосферы состоит в де­тальном изучении всех цепей миграции и компонентов биогеоценозов для выявления уязвимых мест, где радиационный стресс может привести к нежелательным последствиям, даже при относи­тельно малом уровне воздействия (3).