Радиоактивтік қалдықтар және оларды басқару тәсілдері

Радиоактивтық қалдықтар: түрлері (төмен, орта, жоғары деңгейлі), пайда болу себептері, сақтау және қауіпсіздік шаралары. Ядролық қалдықтар туралы толық ақпарат!

30 мин оқу

100%

Дереккөз: Radioactive waste — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Пайдаланылмайтын радиоактивті материалдар

Радиоактивті қалдықтар – құрамында радиоактивті материал бар қауіпті қалдықтардың бір түрі. Радиоактивті қалдықтар көптеген салалардағы қызметтің нәтижесінде пайда болады, оның ішінде ядролық медицина, ядролық зерттеулер, ядролық энергия өндіру, ядролық нысандарды консервациялау, сирек кездесетін элементтерді өндіру және ядролық қаруларды қайта өңдеу. Радиоактивті қалдықтарды сақтау және жою адам денсаулығы мен қоршаған ортаны қорғау мақсатында мемлекеттік органдармен реттеледі. Радиоактивті қалдықтар негізінен 3 санатқа бөлінеді: аз деңгейлі қалдықтар (LLW) – қағаз, мата, құралдар, киім сияқты, аз мөлшерде, көбінесе қысқа өмір сүретін радиоактивтілік қамтитын қалдықтар; орташа деңгейлі қалдықтар (ILW) – жоғары мөлшерде радиоактивтілік қамтитын және қорғаныс қажет ететін қалдықтар; және жоғары деңгейлі қалдықтар (HLW) – ыдырау салдарынан қатты қызған және жоғары радиоактивті қалдықтар, сондықтан салқындату және қорғаныс қажет. Ядролық қайта өңдеу зауыттарында пайдаланылған ядролық отынның 96% уран негізіндегі және аралас оксидті (MOX) отынға қайта өңделеді. Қалған 4% – кішігірім актинидтер мен бөліну өнімдері, соңғысы тұрақты және тез ыдырайтын (көбінесе пайдаланылған отын бассейнінде ыдыраған) элементтердің қоспасы, стронций-90 және цезий-137 сияқты орташа өмір сүретін бөліну өнімдері және соңында жүздеген мыңнан миллион жылға дейін жартылай өмір сүретін жеті ұзақ өмір сүретін бөліну өнімі. Ал кішігірім актинидтер – уран мен плутонийден басқа, нейтронды ұстау арқылы пайда болатын ауыр элементтер. Олардың жартылай ыдырау мерзімі жылдардан миллион жылға дейін жетеді және альфа-эмиттерлер ретінде олар ерекше радиотоксикалық. Осы элементтердің барлығын пайдалану мүмкіндігі зерттелген, бірақ PUREX процесін қолдана отырып, коммерциялық масштабта қайта өңдеу оларды бөліну өнімдерімен бірге қалдық ретінде шығарады. Бұл қалдықтар кейін терең геологиялық репозиторийде сақтау үшін шыны тәрізді керамикаға айналдырылады. Радиоактивті қалдықтарды сақтау мерзімі қалдықтың түріне және құрамындағы радиоактивті изотоптарға байланысты. Радиоактивті қалдықтарды сақтаудың қысқа мерзімді тәсілдері – оларды бөліп, жер бетінде немесе жер астында сақтау. Жоғары деңгейлі қалдықтарды ұзақ мерзімді сақтау үшін терең геологиялық репозиторийге көму артықшылықты шешім болып табылады, ал қайта пайдалану және трансмутация HLW көлемін азайтуға бағытталған шешімдер болып табылады. Пайдаланылған ядролық отынды қайта өңдеуге қатысты шектеулер нормативтік және экономикалық сипатта, сондай-ақ химиялық бөлу процестері жеткілікті тазалыққа қол жеткізе алмаса, радиоактивті ластану қаупі бар. Сонымен қатар, элементтер пайдалы және зиянды изотоптардың қоспасын құрауы мүмкін, бұл оларды пайдалану үшін қымбат және энергияны көп қажет ететін изотоптарды бөлуді талап етеді – қазіргі уақытта экономикалық тұрғыдан тиімді емес. Көптеген дамыған елдердегі радиоактивті қалдықтар мен оларды басқару тәсілдерінің жиынтығы Халықаралық атом энергиясы агенттігінің (МАГАТЭ) бірлескен конвенциясы аясында ұсынылады және мерзімді түрде қарастырылады.

Radioactive waste is a type of hazardous waste that contains radioactive material. Radioactive waste is a result of many activities, including nuclear medicine, nuclear research, nuclear power generation, nuclear decommissioning, rare earth mining, and nuclear weapons reprocessing. The storage and disposal of radioactive waste is regulated by government agencies in order to protect human health and the environment. Radioactive waste is broadly classified into 3 categories: low level waste (LLW), such as paper, rags, tools, clothing, which contain small amounts of mostly short lived radioactivity; intermediate level waste (ILW), which contains higher amounts of radioactivity and requires some shielding; and high level waste (HLW), which is highly radioactive and hot due to decay heat, thus requiring cooling and shielding. In nuclear reprocessing plants about 96% of spent nuclear fuel is recycled back into uranium based and mixed oxide (MOX) fuels. The residual 4% is minor actinides and fission products the latter of which are a mixture of stable and quickly decaying (most likely already having decayed in the spent fuel pool) elements, medium lived fission products such as strontium 90 and caesium 137 and finally seven long lived fission products with half lives in the hundreds of thousands to millions of years. The minor actinides meanwhile are heavy elements other than uranium and plutonium which are created by neutron capture. Their half lives range from years to millions of years and as alpha emitters they are particularly radiotoxic. While there are proposed and to a much lesser extent current uses of all those elements, commercial scale reprocessing using the PUREX process disposes of them as waste together with the fission products. The waste is subsequently converted into a glass like ceramic for storage in a deep geological repository. The time radioactive waste must be stored for depends on the type of waste and radioactive isotopes it contains. Short term approaches to radioactive waste storage have been segregation and storage on the surface or near surface. Burial in a deep geological repository is a favored solution for long term storage of high level waste, while re use and transmutation are favored solutions for reducing the HLW inventory. Boundaries to recycling of spent nuclear fuel are regulatory and economic as well as the issue of radioactive contamination if chemical separation processes cannot achieve a very high purity. Furthermore, elements may be present in both useful and troublesome isotopes, which would require costly and energy intensive isotope separation for their use a currently uneconomic prospect. A summary of the amounts of radioactive waste and management approaches for most developed countries are presented and reviewed periodically as part of a joint convention of the International Atomic Energy Agency (IAEA).

Табиғаты мен маңызы

Радиоактивті қалдықтар көбінесе әртүрлі радионуклидтерден тұрады, олар – элементтердің тұрақсыз изотоптары болып, ыдырау процесінен өтіп, адамдар мен қоршаған ортаға зиян келтіретін иондаушы сәуле шығарады. Әр түрлі изотоптар әртүрлі типтегі және деңгейдегі радиацияны әртүрлі мерзімге шығарады.

Физика

Барлық радиоактивті қалдықтардың радиоактивтілігі уақыт өте келе әлсірейді. Қалдықтардағы барлық радионуклидтердің жартылай ыдырау мерзімі бар – атомдардың жартысы басқа нуклидке ыдырауына қажетті уақыт. Соңында барлық радиоактивті қалдықтар радиоактивті емес элементтерге (яғни, тұрақты нуклидтерге) ыдырайды. Радиоактивті ыдырау жартылай ыдырау заңына бағынатындықтан, ыдырау жылдамдығы ыдырау мерзіміне кері пропорционалды. Яғни, йод-129 сияқты ұзақ өмір сүретін изотоптың сәулеленуі, йод-131 сияқты қысқа өмір сүретін изотоптың сәулеленуінен әлдеқайда төмен болады. Екі кестеде негізгі радиоизотоптардың кейбіреулері, олардың жартылай ыдырау мерзімі және уран-235-тің бөлінуінен алынған радиациялық шығымның үлесі көрсетілген. Радиоактивті заттың энергиясы және шығаратын иондаушы сәулеленуінің түрі адамға қауіптілігін анықтауда маңызды рөл атқарады. Радиоактивті элементтің химиялық қасиеттері заттың қозғалмалылығын, оның қоршаған ортаға таралу мүмкіндігін және адамдарды ластау қаупін анықтайды. Бұл мәселені одан да күрделендіретіні, көптеген радиоизотоптар бірден тұрақты күйге өтпей, тұрақты күйге жеткенше ыдырау тізбегіндегі радиоактивті ыдырау өнімдері арқылы өтеді.

Фармакокинетика

Радиоактивті қалдықтарға ұшырау иондаушы сәулеленуден туындаған денсаулыққа зиян келтіруі мүмкін. Адамда 1 сиверт дозасы қатерлі ісікке шалдығу қаупін 5,5% арттырады, ал реттеуші органдар тәуекел тіпті төмен дозаларда да дозаға пропорционалды екенін қабылдайды. Иондаушы сәулелер хромосомалардағы жойылуға себеп болуы мүмкін. Дамушы организм, мысалы, ұрық сәулеленген жағдайда, туа біткен кемшіліктер пайда болуы мүмкін, бірақ бұл кемшілік гаметада немесе гамета құрамындағы жасушада кездесуі екіталай. Адамдардағы радиациялық мутациялардың саны шамалы, көптеген сүтқоректілердегідей, себебі табиғи жасушалық жөндеу механизмдері бар, олардың көпшілігі енді ғана анықталып жатыр. Бұл механизмдер ДНК, мРНК және белоктарды жөндеуден бастап, ақаулы белоктардың ішкі лизосомалық ыдырауына және тіпті жасушаның өзін-өзі жоюына – апоптозға дейін жетеді.

Элементтің ыдырау түріне және фармакокинетикасына (ағзаның оны қалай және қаншалықты жылдам өңдейтініне) байланысты, белгілі бір радиоизотоптың белсенділігіне ұшыраудан туындайтын қауіп өзгеше болады. Мысалы, йод-131 – қысқа өмірлі бета және гамма сәулеленуші, бірақ ол қалқанша безінде жиналатындықтан, суда ерігіш және зәрмен тез шығарылатын цезий-137-ге қарағанда зақымдау мүмкіндігі жоғары. Сол сияқты, альфа-сәуле шығаратын актинидтер мен радий өте зиянды деп есептеледі, себебі олардың биологиялық жартылай ыдырау мерзімі ұзақ, ал сәулеленуінің салыстырмалы биологиялық тиімділігі жоғары, бұл энергияның бірлік мөлшеріне қарай тіндерге әлдеқайда көп зиян келтіреді. Осындай айырмашылықтардың салдарынан, биологиялық зақымдануды анықтау ережелері радиоизотопқа, ұшырау уақытына және кейде радиоизотопты құрайтын химиялық қосылыстың табиғатына қарай кең ауқымда өзгереді.

Алдыңғы жағы

Ядролық отын циклының алдыңғы бөлігіндегі қалдықтар көбінесе уран өндіру кезінде пайда болатын альфа-сәуле шығаратын қалдықтар болып табылады. Олардың құрамында радий және оның ыдырау өнімдері жиі кездеседі. Кеннен алынған уран диоксиді (UO2) концентраты, ғимараттарда қолданылатын гранитке қарағанда мың еседей радиоактивті. Ол сары торттан (U3O8) тазартылып, содан кейін уран гексафториді газына (UF6) айналдырылады. Газ күйінде U-235 құрамы 0,7%-дан шамамен 4,4%-ға (LEU) дейін арттыру үшін байытылады. Содан кейін ол реакторлық отын элементтерін жасау үшін берік керамикалық оксидке (UO2) түрлендіріледі. Байытудың негізгі қосалқы өнімі – таусылған уран (DU), негізінен U-238 изотопы, онда U-235 құрамы шамамен 0,3% құрайды. Ол UF6 немесе U3O8 түрінде сақталады. Оның өте жоғары тығыздығы кейбір қолдануларда, мысалы, танкке қарсы оқ-дәрілерде, тіпті бір жағдайда желкенді қайықтың келінде де пайдалы болып табылады. Сондай-ақ, ол плутониймен бірге аралас оксид отынын (MOX) жасау үшін және қару-жарақ қорындағы жоғары байытылған уранды сұйылту немесе төмендету үшін қолданылады, ол енді реакторлық отынға қайта бағытталған.

Артқы жағы

Ядролық отын циклының соңы, көбінесе қолданылған отын таяқшалары, бета және гамма сәулелену шығаратын бөліну өнімдерін және альфа бөлшектерін шығаратын актинидтерді қамтиды, мысалы, уран-234 (жартылай өмір шамасы 245 мың жыл), нептуний-237 (2,144 миллион жыл), плутоний-238 (87,7 жыл) және америций-241 (432 жыл), тіпті кейде калифорний сияқты нейтрон шығаратын элементтер (калифорний-251 үшін жартылай өмір шамасы 898 жыл). Бұл изотоптар ядролық реакторларда пайда болады. Отын жасау үшін уранды өңдеуді, қолданылған отынды өңдеуден ажырату маңызды. Қолданылған отынның құрамында жоғары радиоактивті бөліну өнімдері бар (төменде жоғары деңгейлі қалдықтарды қараңыз). Олардың көпшілігі нейтронды сіңіретін заттар, осы контексте нейтрондық у ретінде белгілі. Бұл заттар ақырында сонша нейтронды сіңіріп алады, тіпті басқару таяқшалары толығымен алынған жағдайда да тізбекті реакция тоқтайды. Осы кезде, реактордағы отын, әлі де маңызды мөлшерде уран-235 және плутоний болса да, жаңа отынмен алмастырылуы керек. АҚШ-та бұл қолданылған отын әдетте "сақталады", ал Ресей, Ұлыбритания, Франция, Жапония және Үндістан сияқты басқа елдерде отын бөліну өнімдерін жою үшін қайта өңделеді, содан кейін отынды қайта пайдалануға болады. Отыннан алынған бөліну өнімдері жоғары деңгейлі қалдықтардың шоғырланған түрі болып табылады, сондай-ақ процесте қолданылатын химиялық заттар да осыған жатады. Көптеген елдер отынды бір плутоний циклын жүзеге асыра отырып қайта өңдейді, ал Үндістан бірнеше плутонийді қайта өңдеу схемаларын жоспарлап отыр, ал Ресей жабық циклді жүзеге асыруда.

Отынның құрамы және ұзақ мерзімді радиоактивтілігі

Ядролық реакторларда әртүрлі отындарды қолдану әртүрлі белсенділік қисықтарымен әртүрлі пайдаланылған ядролық отынның (ПЯО) құрамына әкеледі. Ең көп таралған материал – U 238, сондай-ақ басқа уран изотоптары, басқа актинидтер, бөліну өнімдері және активация өнімдері. Отын циклының соңынан туындайтын ұзақ өмір сүретін радиоактивті қалдықтар, әсіресе ПЯО үшін толық қалдықтарды басқару жоспарын жобалау кезінде маңызды. Ұзақ мерзімді радиоактивті ыдырауды қарастырғанда, ПЯО-дағы актинидтер өзіне тән ұзақ жартылай ыдырау мерзіміне байланысты маңызды ықпал етеді. Ядролық реактордың қандай отынмен жұмыс істейтініне байланысты, ПЯО-дағы актинидтердің құрамы өзгереді. Мұның мысалы – торийі бар ядролық отындарды қолдану. Th 232 – нейтронды сіңіру реакциясына және екі бета-минус ыдырауына ұшырайтын құнарлы материал, нәтижесінде бөлінетін U 233 пайда болады. Торий циклының ПЯО-сы U 233-ті қамтиды. Оның радиоактивті ыдырауы ПЯО-ның ұзақ мерзімді белсенділік қисығына шамамен миллион жыл ішінде күшті әсер етеді. Үш түрлі ПЯО түрі үшін U 233-ке байланысты белсенділіктің салыстыруы жоғарыдағы суретте көрсетілген. Күйген отындар – реакторлық сападағы плутониймен (RGPu) торий, қару сапасындағы плутониймен (WGPu) торий және аралас оксид отыны (MOX, торий жоқ). RGPu және WGPu үшін U 233-тің бастапқы мөлшері және миллиондаған жылдар ішіндегі оның ыдырауы көрсетілген. Бұл үш отын түрінің жалпы белсенділік қисығына әсер етеді. MOX отынында U 233 және оның ыдырау өнімдерінің бастапқыда болмауы төменгі оң жақтағы суреттегі 3-аймақта белсенділіктің төмендеуіне әкеледі, ал RGPu және WGPu үшін қисық U 233 толық ыдырамағандықтан жоғары деңгейде сақталады. Ядролық қайта өңдеу пайдаланылған отыннан актинидтерді алып тастауға мүмкіндік береді, оларды пайдалануға немесе жоюға болады (қараңыз).

Жаппай таралу қаупі

Уран мен плутоний ядролық қару материалдары болғандықтан, олардың таралуына қатысты алаңдаушылықтар туды. Әдетте (қолданылған ядролық отында) плутоний реакторлық сападағы плутоний болып табылады. Ядролық қару жасауға өте ыңғайлы плутоний-239-дан басқа, оның құрамында көп мөлшерде қажетсіз қоспалар бар: плутоний-240, плутоний-241 және плутоний-238. Бұл изотоптарды бөліп алу өте қиын, ал бөлінетін материал алудың тиімді жолдары бар (мысалы, уранды байыту немесе плутоний өндіруге арналған реакторлар). Жоғары деңгейдегі радиоактивті қалдықтар жоғары радиоактивті бөлшектену өнімдеріне толы, олардың көпшілігі салыстырмалы түрде аз өмір сүреді. Бұл алаңдау тудырады, себебі егер қалдықтар сақталса, мысалы, терең геологиялық сақтау орындарында, жылдар өте бөлшектену өнімдері ыдырайды, қалдықтардың радиоактивтілігі төмендейді және плутонийға қол жеткізу оңайлайды. Қажетсіз қоспа Pu-240, Pu-239-ға қарағанда жылдам ыдырайды, сондықтан бомбалық материалдың сапасы уақыт өте келе артады (бірақ сол уақытта оның саны да кемиді). Осылайша, кейбіреулер уақыт өте келе, мұндай терең сақтау орындары «плутоний кені» болуы мүмкін деп мәлімдейді, онда ядролық қаруға қажетті материалды салыстырмалы түрде оңай алуға болады. Бұл идеяны сынағандар, жабық терең сақтау орындарынан пайдалы материалды алудың қиындығын, басқа әдістерге қарағанда тиімдірек екенін айтады. Атап айтқанда, жоғары радиоактивтілік және жылу (айналадағы тау жынысында 80°C) сақтау орнын қазуды қиындатады, ал қажетті байыту әдістері жоғары капиталдық шығындарды талап етеді. Pu-239, U-235-ке ыдырайды, ол қару жасауға жарамды және өте ұзақ жартылай ыдырау периодына ие (шамамен 109 жыл). Осылайша плутоний ыдырап, U-235 қалдыруы мүмкін. Алайда, қазіргі заманғы реакторлар U-238-ге қарағанда U-235-пен орташа ғана байытылған, сондықтан U-238, плутоний ыдырауынан пайда болған кез келген U-235 үшін тазартатын агент ретінде қызмет етуді жалғастырады. Бұл мәселенің бір шешімі – плутонийді қайта өңдеу және оны отын ретінде пайдалану, мысалы, жылдам реакторларда. Пирометаллургиялық жылдам реакторларда бөлінген плутоний мен уран актинидтермен ластануы мүмкін, сондықтан оларды ядролық қару жасауға қолдануға болмайды.

Since uranium and plutonium are nuclear weapons materials, there have been proliferation concerns. Ordinarily (in spent nuclear fuel), plutonium is reactor grade plutonium. In addition to plutonium 239, which is highly suitable for building nuclear weapons, it contains large amounts of undesirable contaminants: plutonium 240, plutonium 241, and plutonium 238. These isotopes are extremely difficult to separate, and more cost effective ways of obtaining fissile material exist (e. g., uranium enrichment or dedicated plutonium production reactors). High level waste is full of highly radioactive fission products, most of which are relatively short lived. This is a concern since if the waste is stored, perhaps in deep geological storage, over many years the fission products decay, decreasing the radioactivity of the waste and making the plutonium easier to access. The undesirable contaminant Pu 240 decays faster than the Pu 239, and thus the quality of the bomb material increases with time (although its quantity decreases during that time as well). Thus, some have argued, as time passes, these deep storage areas have the potential to become "plutonium mines", from which material for nuclear weapons can be acquired with relatively little difficulty. Critics of the latter idea have pointed out the difficulty of recovering useful material from sealed deep storage areas makes other methods preferable. Specifically, high radioactivity and heat (80 °C in surrounding rock) greatly increase the difficulty of mining a storage area, and the enrichment methods required have high capital costs. Pu 239 decays to U 235 which is suitable for weapons and which has a very long half life (roughly 109 years). Thus plutonium may decay and leave uranium 235. However, modern reactors are only moderately enriched with U 235 relative to U 238, so the U 238 continues to serve as a denaturation agent for any U 235 produced by plutonium decay. One solution to this problem is to recycle the plutonium and use it as a fuel e. g. in fast reactors. In pyrometallurgical fast reactors, the separated plutonium and uranium are contaminated by actinides and cannot be used for nuclear weapons.

Ядролық қаруды жою

Ядролық қаруды жоюдан шыққан қалдықтарда тритий мен америцийден басқа бета немесе гамма белсенділігі көп болмауы мүмкін. Олар көбінесе бомбаларда қолданылатын бөлінгіш материал Pu 239 сияқты альфа-эмиссиялық актинидтерді, сондай-ақ Pu 238 немесе Po сияқты әлдеқайда жоғары ерекше белсенділігі бар материалдарды қамтиды. Бұрын атом бомбасының нейтрондық оқшаулауы бериллий және полоний сияқты жоғары белсенділіктегі альфа-эмиттер болған, ал полонийге балама ретінде Pu 238 қолданылған. Ұлттық қауіпсіздік себептерімен қазіргі заманғы бомбалардың құрылымы туралы мәліметтер әдетте жарияланбайды. Кейбір конструкцияларда құрылғының электроникасын ұзақ уақыт бойы қуатпен қамтамасыз ету үшін Pu 238 пайдаланатын радиоизотоптық термоэлектр генераторы болуы мүмкін. Жаңадан жөндеуге жіберілген ескі бомбаның бөлінгіш материалында оған қолданылған плутоний изотоптарының ыдырау өнімдері болуы мүмкін, олар Pu 240 қоспаларынан U 236 және Pu 239 ыдырауынан U 235-ті қамтуы мүмкін. Осы Pu изотоптарының салыстырмалы түрде ұзақ жартылай ыдырау кезеңіне байланысты, бомбаның өзегінен радиоактивті ыдыраудан пайда болған бұл қалдықтар өте аз болады және кез келген жағдайда, Pu 239-дың өзінен де кем қауіпті (тіпті қарапайым радиоактивтілік тұрғысынан). Pu 241 бета-ыдырауы Am 241-ді құрайды; америцийдің өсуі Pu 239 және Pu 240 ыдырауынан гөрі үлкен мәселе болуы мүмкін, себебі америций гамма-эмиттер (жұмыскерлерге сыртқы әсерді күшейтеді) және жылуды бөліп шығаратын альфа-эмиттер болып табылады. Плутонийді америцийден бірнеше әртүрлі процестер арқылы бөлуге болады, оларға пирохимиялық процестер және сулы/органикалық еріткіштерді қолдану арқылы экстракция кіреді. PUREX түріндегі тоқыратылған экстракция процесі бөлуді жүзеге асырудың бір жолы болуы мүмкін. Табиғи уран бөлінгіш емес, себебі оның құрамында 99,3% U 238 және бар болғаны 0,7% U 235 бар.

Қалған қалдықтар

Радий өнеркәсібі, уран өндірісі және әскери бағдарламалар сияқты тарихи қызметтерге байланысты көптеген нысандарда радиоактивтілік қамтылған немесе олар радиоактивті заттармен ластанған. АҚШ-тағы Энергетика министрлігінің мәліметінше, "миллиондаған галлон радиоактивті қалдықтар", "мыңдаған тонна пайдаланылған ядролық отын және материал" сондай-ақ "көп мөлшерде ластанған топырақ және су" бар. Қалдықтардың көп болуына қарамастан, Энергетика министрлігі 2025 жылға дейін қазіргі уақытта ластанған барлық нысандарды сәтті тазалауды жоспарлап отыр. Энергетика министрлігі жақында әзірленген геоплавильдеу әдісін қолданып, 2025 жылға дейін көптеген немесе барлық нысандарды тазалауға немесе жағдайын жақсартуға ниеттеніп отыр, алайда бұл міндет қиын болуы мүмкін және кейбір нысандарды толыққанды қалпына келтіру мүмкін болмайды деп мойындайды. Мысалы, осы 108 ірі нысанның бірі – Оук Ридж Ұлттық зертханасында, нысанның үш бөлімшесінің бірінде кем дегенде "167 белгілі ластану көзі" тіркелген.

Табиғи радиоактивті материал

Табиғи радиоактивтілік бар заттар NORM (табиғи радиоактивті материалдар) деп аталады. Адамның осы табиғи радиоактивтілікті ашыққа шығаратын немесе шоғырландыратын өңдеуінен кейін (мысалы, көмірді жер бетіне шығару немесе күлге айналдыру үшін жағу) ол технологиялық түрде күшейтілген табиғи радиоактивті материалға (TENORM) айналады. Бұл қалдықтардың көп бөлігі уран мен торийдің ыдырау тізбегінен шығатын альфа бөлшектерді шығарады. Адам ағзасындағы сәулеленудің негізгі көзі – калий-40 (40K), әдетте денеде бір уақытта 17 миллиграмм және күніне 0,4 миллиграмм қабылданады. Көптеген тау жыныстары, әсіресе гранит, құрамында калий-40, торий және уран болғандықтан, төмен деңгейде радиоактивтілікке ие. Орын тепесіне байланысты әдетте 1 миллизиверттен (мЗв) 13 мЗв-ға дейін ауытқиды, ал табиғи радиоизотоптардан туындайтын орташа сәулелену әлем бойынша бір адамға жылына 2,0 мЗв-қа тең. Бұл әдеттегі жалпы дозаның көп бөлігін құрайды (басқа көздерден орташа жылдық әсер 0,6 мЗв-қа тең, медициналық тексерулер бойынша халықтың орташа есебімен, 0,4 мЗв – ғарыштық сәулеленуден, 0,005 мЗв – бұрынғы атмосфералық ядролық сынақтардың салдарынан, 0,005 мЗв – кәсіби әсерден, 0,002 мЗв – Чернобыль апатынан және 0,0002 мЗв – ядролық отын циклынан).

Көмір

Көмірде аз мөлшерде радиоактивті уран, барий, торий және калий бар, бірақ таза көмірде бұл Жер қыртысындағы осы элементтердің орташа концентрациясынан әлдеқайда төмен. Қоршаған қабаттар, егер тақта тас немесе сазды тас болса, көбінесе орташадан сәл артық болады, және бұл "ластанған" көмірдің күл құрамында да көрініс табуы мүмкін. Күлдің белсенді минералдары жақсы жалғанбағандықтан, ұшқыш күлде шоғырланады. АҚШ Ұлттық Радиациялық қорғау және өлшеу кеңесінің (NCRP) есептеріне сәйкес, 1000 МВт электр станцияларынан халыққа тиетін әсер көмірлік электр станциялары үшін жылына 490 адам-рем, ядролық электр станциялары үшін (жылына 4,8 адам-рем) 100 есе көп. Кеннен бастап қалдықтарды жоюға дейінгі толық ядролық отын циклынан туындайтын әсер 136 адам-рем/жылды құрайды; ал кеннен бастап қалдықтарды жоюға дейінгі көмірді пайдалануға қатысты мән "мүмкін, белгісіз". Радиоактивті элементтер кейбір мұнай ұңғымаларында өндірістік мәселе тудырады, онда шикі мұнаймен және тұзды сумен тікелей жұмыс істейтін жұмысшылар денсаулыққа зиян келтіретін дозаларға ұшырауы мүмкін. Тұзды судағы осы элементтердің салыстырмалы түрде жоғары концентрациясы оны жоюды технологиялық қиындыққа толы мәселе етеді. Алайда, АҚШ-та тұзды су 1980 жылдан бері қауіпті қалдықтар ережесінен босатылған және радиоактивті немесе улы заттардың қандай да бір мөлшеріне қарамастан жойылуы мүмкін.

Сирек кездесетін жерлерді өндіру

Сирек кездесетін жер кенінің құрамында торий және радий сияқты радиоактивті элементтер табиғи түрде кездесетіндіктен, кен өндіру кезінде аз мөлшерде радиоактивті қалдықтар мен минералдық шөгінділер де пайда болады.

Қалдықтар

Уран қалдықтары – уран кенін бастапқы өңдеуден кейін қалған қалдық материалдар. Олар күрт радиоактивті емес. Зауыт қалдықтары кейде 1946 жылғы Атом энергиясы заңының оларды анықтайтын 11(e)2 тармағы бойынша қалдықтар деп аталады. Уран өндіруші зауыттың қалдықтарында әдетте қорғасын және мырыш сияқты химиялық қауіпті ауыр металдар болады. Көптеген ескі кен орындарында, әсіресе Колорадо, Нью-Мексико және Юта штаттарында, уран өндірісінің қалдықтары үлкен үйінділер түрінде қалдырылған. Зауыт қалдықтарының радиоактивтілігі жоғары болмаса да, олардың жартылай ыдырау периоды ұзақ. Зауыт қалдықтарында көбінесе радий, торий және уранның шамалы мөлшері кездеседі.

Төмен деңгейдегі қалдықтар

Төмен деңгейдегі қалдықтар (LLW) ауруханалар мен өнеркәсіптен, сондай-ақ ядролық отын циклынан пайда болады. Төмен деңгейдегі қалдықтарға қағаз, шүберек, құралдар, киім, сүзгілер және басқа да материалдар кіреді, олар аз мөлшерде, көбінесе қысқа мерзімді радиоактивтілікті қамтиды. Белсенді аймақтың кез келген аймағынан шыққан материалдар, тіпті радиоактивті материалдармен ластану мүмкіндігі аз болса да, сақтық шарасы ретінде LLW ретінде белгіленеді. Мұндай ЖЖҚ әдетте радиоактивті емес аймақта, мысалы, кәдімгі кеңсе ғимаратында шығарылған осындай материалдан күтілетіннен жоғары радиоактивтілікті көрсетпейді. LLW мысалы, жіптер, шүберектер, медициналық түтіктер, зертханалық жануарлардың өлекселері және басқаларын қамтиды. LLW қалдықтары Ұлыбританиядағы барлық радиоактивті қалдықтардың 94% құрайды, олардың көпшілігі Камбрияда, алдымен полигондық траншеяларда, ал қазір бетонды қоршауларда жиналған металл контейнерлерді пайдаланады. Шотландияның солтүстігіндегі жаңа нысан - Дунерей 4 метрлік цунамиге төтеп беруге дайын. Орта деңгейдегі қалдықтарға шайырлар, химиялық шлагтар және ядролық отынның металл жамылғылары, сондай-ақ реакторды тоқтатудан алынған ластанған материалдар кіреді. Ол бетонға немесе битумға қатып, немесе кремний құмымен араластырылып, жойылу үшін шыныға айналуы мүмкін. Жалпы ереже бойынша, қысқа мерзімді қалдықтар (негізінен реакторлардан алынатын жанар-жағармай емес материалдар) терең емес қоймаларға көміледі, ал ұзақ мерзімді қалдықтар (жағармай және отынды қайта өңдеуден) геологиялық қоймаға салынады. АҚШ-тағы ережелерде осы категорияның қалдықтары анықталмаған; бұл термин Еуропа мен басқа жерлерде қолданылады. ILW Ұлыбританиядағы барлық радиоактивті қалдықтардың 6% құрайды. HLW нақты анықтамасы халықаралық деңгейде әртүрлі. Ядролық отын таяқшасы бір отын циклін орындағаннан кейін және ядродан шығарылғаннан кейін ол HLW болып саналады. Пайдаланылған отын таяқшаларында көбінесе реактор өзегінде пайда болған уран мен бөліну өнімдері және трансуран элементтері бар. Пайдаланылған отын радиоактивті және жиі ыстық болады. HLW ядролық электр энергиясын өндіру процесінде өндірілетін жалпы радиоактивтіліктің 95%-дан астамын құрайды, бірақ ол Ұлыбританияда өндірілетін барлық радиоактивті қалдықтардың көлеміне 1%-дан аз үлес қосады. Жалпы алғанда, Ұлыбританиядағы 60 жылдық ядролық бағдарлама 2019 жылға дейін 2150 м³ HLW өндірді. 1000 мегаватттық атом электр станциясы жылына 27 тоннадай пайдаланылған ядролық отынды өндіреді. Салыстыру үшін айта кетейік, АҚШ-та көмір электр станцияларында жылына 130 млн. тонна күл шығады, ал ұшқыш күлдің шығаратын радиациясы ядролық электр станцияларына қарағанда 100 есе көп. 2010 жылы әлемде 250 мың тоннадай ядролық HLW сақталған деп есептелді. Бұл жағдайға авариялар немесе сынақтар кезінде қоршаған ортаға шығарылған заттар кірмейді. Жапонияда 2015 жылы 17000 тонна HLW сақталады деп болжанады. 2019 жылдың қорытындысы бойынша АҚШ-та 90 000 тоннадан астам HLW бар. ҚТҚ басқа елдерге сақталу немесе қайта өңдеу үшін жіберілді және кейбір жағдайларда белсенді отын ретінде қайта жіберілді. Жоғары радиоактивті қалдықтарды жою туралы даулар ядролық энергияның әлемдік дамуына үлкен кедергі болып отыр. 2019 жылы жоғары деңгейдегі ядролық қалдықтар орналастырылатын арнайы азаматтық нысан жұмыс істемейді, өйткені жоғары деңгейдегі ядролық қалдықтардың аз мөлшері бұрын инвестицияларды ақтамады. Финляндияда 2025 жылы 400-450 м тереңдікте ашылуы жоспарланған Онкалодағы пайдаланылған ядролық отын қоймасын салудың озық сатысында. Франция 500 м тереңдіктегі "Сигео" қондырғысын Бюреде салуды жоспарлап жатыр. Швеция Форсмаркта жер учаскесін салуды жоспарлап отыр. Канада Онтариодағы Гурон көліне жақын 680 м тереңдіктегі нысанды жоспарлап отыр. Корея Республикасы 2028 жылы бір нысанды ашуды жоспарлап отыр. Иллинойс штатының Гранди округіне қарасты Моррис операциясы қазіргі уақытта АҚШ-тағы жалғыз жоғары деңгейдегі радиоактивті қалдықтарды сақтау орны болып табылады.

Low level waste (LLW) is generated from hospitals and industry, as well as the nuclear fuel cycle. Low level wastes include paper, rags, tools, clothing, filters, and other materials which contain small amounts of mostly short lived radioactivity. Materials that originate from any region of an Active Area are commonly designated as LLW as a precautionary measure even if there is only a remote possibility of being contaminated with radioactive materials. Such LLW typically exhibits no higher radioactivity than one would expect from the same material disposed of in a non active area, such as a normal office block. Example LLW includes wiping rags, mops, medical tubes, laboratory animal carcasses, and more. LLW waste makes 94% of all radioactive waste volume in the UK most of it disposed of in Cumbria first in landfill style trenches, and now using grouted metal containers that are stacked in concrete vaults. A new site in the north of Scotland is the Dounreay site which is prepared to withstand a 4m tsunami. Intermediate level wastes includes resins, chemical sludge and metal nuclear fuel cladding, as well as contaminated materials from reactor decommissioning. It may be solidified in concrete or bitumen or mixed with silica sand and vitrified for disposal. As a general rule, short lived waste (mainly non fuel materials from reactors) is buried in shallow repositories, while long lived waste (from fuel and fuel reprocessing) is deposited in geological repository. Regulations in the United States do not define this category of waste; the term is used in Europe and elsewhere. ILW makes 6% of all radioactive waste volume in the UK. The exact definition of HLW differs internationally. After a nuclear fuel rod serves one fuel cycle and is removed from the core, it is considered HLW. Spent fuel rods contain mostly uranium with fission products and transuranic elements generated in the reactor core. Spent fuel is highly radioactive and often hot. HLW accounts for over 95% of the total radioactivity produced in the process of nuclear electricity generation but it contributes to less than 1% of volume of all radioactive waste produced in the UK. Overall, the 60 year long nuclear program in the UK up until 2019 produced 2150 m3 of HLW. A 1000 megawatt nuclear power plant produces about 27 t of spent nuclear fuel (unreprocessed) every year. For comparison, the amount of ash produced by coal power plants in the United States alone is estimated at 130,000,000 t per year and fly ash is estimated to release 100 times more radiation than an equivalent nuclear power plant. In 2010, it was estimated that about 250,000 t of nuclear HLW were stored globally. This does not include amounts that have escaped into the environment from accidents or tests. Japan is estimated to hold 17,000 t of HLW in storage in 2015. As of 2019, the United States has over 90,000 t of HLW. HLW have been shipped to other countries to be stored or reprocessed and, in some cases, shipped back as active fuel. The ongoing controversy over high level radioactive waste disposal is a major constraint on the nuclear power's global expansion. As of 2019 no dedicated civilian high level nuclear waste site is operational as small amounts of HLW did not justify the investment before. Finland is in the advanced stage of the construction of the Onkalo spent nuclear fuel repository, which is planned to open in 2025 at 400–450 m depth. France is in the planning phase for a 500 m deep Cigeo facility in Bure. Sweden is planning a site in Forsmark. Canada plans a 680 m deep facility near Lake Huron in Ontario. The Republic of Korea plans to open a site around 2028. The Morris Operation in Grundy County, Illinois, is currently the only de facto high level radioactive waste storage site in the United States.

Трансураникалық қалдықтар

АҚШ ережелері бойынша трансурандық қалдықтар (TRUW) – формасына немесе шығу тегіне қарамастан, 20 жылдан астам жартылай ыдырау мерзімі бар және 100 нСи/г (3,7 МБк/кг) жоғары концентрациядағы альфа-сәуле шығаратын трансурандық радионуклидтермен ластанған қалдықтар, жоғары деңгейлі қалдықтарды қоспағанда. Ураннан атомдық саны жоғары элементтер трансурандық (“ураннан тыс”) деп аталады. Ұзақ жартылай ыдырау мерзіміне байланысты TRUW, төмен немесе орташа деңгейдегі қалдықтарға қарағанда көбірек сақтықпен жойылады. АҚШ-та ол негізінен ядролық қару өндірісінен пайда болады және кішкентай мөлшерде радиоактивті элементтермен (негізінен плутониймен) ластанған киім, құралдар, маталар, қалдықтар, қиындықтар және басқа да заттардан тұрады. АҚШ заңдарына сәйкес, трансурандық қалдықтар қалдық контейнерінің бетінде өлшенген сәулелену дозасының қарқындылығына қарай “тікелей қолданылатын” (CH) және “қашықтықтан қолданылатын” (RH) болып жіктеледі. CH TRUW-тің беткі дозасы сағатына 200 мрем-нен (2 мСв/сағ) аспайды, ал RH TRUW-тің беткі дозасы сағатына 200 мрем-нен (2 мСв/сағ) немесе одан жоғары болады. CH TRUW жоғары деңгейлі қалдықтардың өте жоғары радиоактивтілігіне және жоғары жылу шығаруына ие емес, бірақ RH TRUW жоғары радиоактивті болуы мүмкін, оның беткі дозасы 1 000 000 мрем/сағ (10 000 мСв/сағ) дейін жетеді. Қазіргі уақытта АҚШ Жаңа Мексикадағы тұз қабаттарында орналасқан Қалдықтарды Оқшаулаудың Пилоттық Құрылысында (WIPP) әскери нысандардан түскен TRUW-ді жояды.

Алдын алу

Қалдықтардың жинақталуын азайтудың болашақ жолы – өндірілген қуатқа шаққанда аз қалдық шығаратын IV буын реакторларына көшу үшін қазіргі реакторларды кезең-кезеңмен тоқтату. Ресейдегі BN 800 сияқты жылдам реакторлар дәстүрлі реакторлардан алынған пайдаланылған отынды қайта өңдеу арқылы жасалған MOX отынын пайдалана алады. Ұлыбританияның Ядролық Декомиссиялау Агенттігі 2014 жылы бөлінген плутонийді басқаруға қатысты тәсілдердегі прогресс туралы позициялық қағаз жариялады, онда NDA Ұлыбритания үкіметімен бөліскен жұмыстың қорытындылары баяндалған.

Стеклендіру

Радиоактивті қалдықтарды ұзақ мерзімді сақтау үшін, қалдықтарды ұзақ жылдар бойы реакцияға түспейтін және бұзылмайтын күйге келтіру қажет. Мұны жасаудың бір жолы – шынылау болуы мүмкін деген теория бар. Қазіргі уақытта Sellafield нысанында жоғары деңгейлі қалдықтар (PUREX бірінші циклының рафинаты) қантпен араластырылып, содан кейін кальцинацияланады. Кальцинация – қалдықтарды қыздырылған, айналмалы түтік арқылы өткізу процесі. Кальцинацияның мақсаты – қалдықтардағы суды буландыру және fissiя өнімдерін денитраттап, шынының тұрақтылығын арттыру. Пайда болған "кальцин" фрагменттелген шынымен бірге индукциялық қыздырылатын пешке үздіксіз беріледі. Нәтижесінде пайда болатын шыны – жаңа зат, онда қалдықтар қатқанда шыны матрицасына біріктіріледі. Бұл өнім балқыған күйінде тотбас болаттан жасалған цилиндрлі контейнерлерге ("цилиндрлер") партиялық түрде құйылады. Салқындағаннан кейін сұйықтық қатып, шыныға айналады ("витрификацияланады"). Шыны қалыптасқаннан кейін суға өте төзімді болады. Цилиндр толтырылғаннан кейін, оның қақпағына герметтік дәнекерленеді. Содан кейін цилиндр жуылады. Сыртқы контаминацияға тексерілгеннен кейін, болат цилиндр әдетте жер асты сақтау орнында сақталады. Осы күйде қалдықтардың мыңдаған жылдар бойы жылжымайтыны күтілуде. Цилиндр ішіндегі шыны әдетте қара, жылтыр зат болып келеді. Бұл жұмыстың бәрі (Ұлыбританияда) ыстық камералар жүйесі арқылы жүзеге асырылады. Рутений химиясын бақылау және радиоактивті рутений изотоптарын қамтитын ұшқыш RuO4 қосылысының түзілуін тоқтату үшін қант қосылады. Батыста шыны әдетте боросиликатты шыныға (Pyrex сияқты) ұқсас, ал бұрынғы Кеңес Одағында фосфатты шыны қолдану қалыпты. Шыныдағы fissiя өнімдерінің мөлшері шектелуі тиіс, себебі кейбіреулері (палладий, басқа Pt тобы металдары және теллур) шыныдан бөлінетін металл фазаларын құрайды. Көлемді шынылауда топырақ пен қалдықтарды балқыту үшін электродтар қолданылады, содан кейін олар жерге көміледі. Германияда шынылау зауыты жұмыс істейді, ол бұрын жабылып қалған кішкентай қайта өңдеу зауытының қалдықтарын өңдейді.

Long term storage of radioactive waste requires the stabilization of the waste into a form that will neither react nor degrade for extended periods. It is theorized that one way to do this might be through vitrification. Currently at Sellafield the high level waste (PUREX first cycle raffinate) is mixed with sugar and then calcined. Calcination involves passing the waste through a heated, rotating tube. The purposes of calcination are to evaporate the water from the waste and de nitrate the fission products to assist the stability of the glass produced. The 'calcine' generated is fed continuously into an induction heated furnace with fragmented glass. The resulting glass is a new substance in which the waste products are bonded into the glass matrix when it solidifies. As a melt, this product is poured into stainless steel cylindrical containers ("cylinders") in a batch process. When cooled, the fluid solidifies ("vitrifies") into the glass. After being formed, the glass is highly resistant to water. After filling a cylinder, a seal is welded onto the cylinder head. The cylinder is then washed. After being inspected for external contamination, the steel cylinder is stored, usually in an underground repository. In this form, the waste products are expected to be immobilized for thousands of years. The glass inside a cylinder is usually a black glossy substance. All this work (in the United Kingdom) is done using hot cell systems. Sugar is added to control the ruthenium chemistry and to stop the formation of the volatile RuO4 containing radioactive ruthenium isotopes. In the West, the glass is normally a borosilicate glass (similar to Pyrex), while in the former Soviet Union it is normal to use a phosphate glass. The amount of fission products in the glass must be limited because some (palladium, the other Pt group metals, and tellurium) tend to form metallic phases which separate from the glass. Bulk vitrification uses electrodes to melt soil and wastes, which are then buried underground. In Germany a vitrification plant is in use; this is treating the waste from a small demonstration reprocessing plant which has since been closed down.

Фосфат керамикасы

Шынылау – қалдықтарды ұзақ мерзімге реакцияға түспейтін және бұзылмасатын күйге келтірудің жалғыз жолы емес. Фосфат негізіндегі кристалды керамикалық матрицаға тікелей енгізу арқылы бекіту де қолданылады. Фосфат керамикасының түрлі жағдайлардағы химиялық әртүрлілігі, оның уақыт өте келе химиялық, жылулық және радиоактивті бұзылуға төтеп бере алатын әмбебап материал екенін көрсетеді. Фосфаттардың, әсіресе керамикалық фосфаттардың, кең pH диапазонындағы тұрақтылығы, төменгі кеуектілігі және қосымша қалдықтарды азайту мүмкіндігі, қалдықтарды бекітудің жаңа техникаларын ұсынады.

Ион алмасу

Ядролық өнеркәсіпте орташа белсенді қалдықтарды ион алмастыру немесе радиоактивтілікті кішкентай көлемге шоғырландырудың басқа да тәсілдерімен өңдеу жиі кездеседі. Өңделгеннен кейін радиоактивтілігі төмен қалдықтардың көп бөлігі шығарылып тасталады. Мысалы, сулы қоспалардан радиоактивті металдарды алу үшін темір гидроксидінің тұнбасын қолдануға болады. Радиоизотоптар темір гидроксидіне сіңгеннен кейін, пайда болған шлам металл барабанға салынып, содан соң цементпен араластырылып, қатты қалдық түріне келтіріледі. Мұндай түстердің ұзақ мерзімдік қасиеттерін (механикалық беріктігін) жақсарту үшін, оларды әдеттегі бетонның (портланд цементі, қиыршық тас және құмнан жасалған) орнына, ұшқыш күл немесе домен шлагы мен портланд цементінің қоспасынан жасауға болады.

Синрок

Австралиялық Синрок (синтетикалық тау жынысы) – мұндай қалдықтарды бекітудің (иммобилизациялаудың) күрделі әдісі, және бұл процесс ақырында азаматтық қалдықтар үшін коммерциялық қолданысқа енгізілуі мүмкін (қазіргі уақытта ол АҚШ әскери қалдықтары үшін әзірленуде). Synroc-ты Австралия Ұлттық университетінің геохимигі Тед Рингвуд ойлап тапты. Синрок құрамында пирохлор және криптомелан типті минералдар бар. Synroc-тың бастапқы түрі (Synroc C) жеңіл су реакторынан шығатын сұйық жоғары деңгейлі қалдықтар (PUREX рафинаты) үшін жобаланған. Бұл Синроктың негізгі минералдары – голландит (BaAl2Ti6O16), цирконолит (CaZrTi2O7) және перовскит (CaTiO3). Цирконолит және перовскит актинидтерді қабылдаушы (хост) минералдар болып табылады. Стронций мен барий перовскитте бекітіледі. Цезий голландитте бекітіледі. 2018 жылы ANSTO-да Synroc қалдықтарын өңдеу орнының құрылысы басталды.

Ұзақ мерзімді басқару

Радиоактивті қалдықтармен жұмыс істеу кезінде қарастырылатын уақыт аралығы, шамамен есептелген сәулелену дозасының әсеріне негізделген зерттеулерге сәйкес, 10 000 жылдан 1 000 000 жылға дейін жетеді. Зерттеушілер мұндай ұзақ мерзімдердегі денсаулыққа зиян тигізу болжамдарын сарапты түрде қарастыру қажет деп санайды. Тиімді жоспарлау және шығындарды бағалау мақсатында практикалық зерттеулер көбінесе 100 жылға дейінгі кезеңді қамтиды. Радиоактивті қалдықтардың ұзақ мерзімді қасиеттері геопрогноздау саласындағы ағымдағы зерттеу жобаларының пәні болып табылады.

Оңалту

Алгалар зерттеулерде стронцийге қатысты таңдамалылық көрсетті, ал биоремедиацияда қолданылатын көптеген өсімдіктер кальций мен стронций арасында таңдамалылық танытпайды, көбінесе ядролық қалдықтарда көп мөлшерде кездесетін кальциймен толып кетеді. 30 жылға жуық жартылай ыдырау периоды бар стронций-90 жоғары деңгейлі қалдықтарға жатады. Зерттеушілер Scenedesmus spinosus (балдырлар) арқылы симуляцияланған сарғыш суда стронцийдің биоаккумуляциясын зерттеді. Зерттеу S. spinosus-тың стронцийді биосорбциялау қабілетінің жоғары екенін көрсетіп, оның ядролық сарғыш суларды қолдануға ыңғайлы болуы мүмкін екенін ұсынады. Closterium moniliferum тоған балдырының радиоактивті емес стронцийді қолдану бойынша жүргізілген зерттеуінде, судағы барий мен стронцийдің арақатынасын өзгерту стронцийдің таңдамалылығын арттырғаны анықталды.

Теңіз түбін тазарту

1946 жылдан 1993 жылға дейін он үш ел ядролық/радиоактивті қалдықтарды жою үшін мұхитқа тастау немесе мұхитқа төгу әдісін қолданды, көлемі шамамен 200 000 тонна, негізінен медициналық, ғылыми-зерттеу және ядролық салалардан. Радиоактивті қалдықтарды теңіз түбіне орналастыру мүмкіндігі, Атлант мұхитының терең суларының 25 жылдық оттегі мазмұнының деректеріне сүйене отырып, шамамен 140 жыл бойы беткі сулармен араласпайтыны анықталғандықтан қарастырылды. Бұл әдістер тұрақты тереңдіктегі жазыққа жерлеуді, Жердің мантиісіне қарай баяу қозғалатын субдукциялық аймаққа жерлеуді және шалқарысқан немесе жасалған аралдардың астына жерлеуді қамтиды. Бұл тәсілдердің бәрі тиімді және радиоактивті қалдықтарды жою мәселесін халықаралық деңгейде шешуге көмектеседі, бірақ олар Теңіз құқығы заңнамасына өзгеріс енгізуді қажет етеді. Ядролық суасты кемелері жоғалып кеткен, олардың реакторлары да теңіздегі радиоактивті қалдықтардың жалпы көлеміне есептелуі керек. 1996 жылғы «Қалдықтар мен басқа да заттарды төгу арқылы теңізді ластанудан қорғау туралы» конвенцияның (Лондондық төгу конвенциясы) 1-бабының (Анықтамалар) 7-тармағында мынадай делінген: ««Теңіз» – мемлекеттердің ішкі суларынан басқа барлық теңіз сулары, сондай-ақ теңіз түбі және оның астыңғы қабаттары; тек құрлықтан қол жетімді теңіз түбіндегі қоймалар осы анықтамаға кірмейді».

Трансмутация

Ядролық қалдықтарды тұтынатын және оларды басқа, аз зиянды немесе қысқа өмір сүретін ядролық қалдықтарға айналдыратын реакторлар туралы ұсыныстар болды. Атап айтқанда, интегралды жылдам реактор ядролық отын циклы бар ядролық реактор болды, ол трансурандық қалдықтар шығармайды және, шын мәнінде, трансурандық қалдықтарды тұтына алады. Ол ірі масштабтағы сынақтарға дейін барды, бірақ ақыр соңында АҚШ Үкіметі оны тоқтатты. Тағы бір тәсіл, қауіпсіз деп есептеледі, бірақ одан әрі дамуды қажет етеді, ол – субкритикалық реакторларды қалған трансурандық элементтерді трансмутациялауға бағыттау. Ядролық қалдықтарда кездесетін және таралу қаупі тудыратын изотоп – Pu-239. Плутонийдің көп қоры уранмен отындырылған реакторларда оның өндірілуінен және қару-жарақ бағдарламасы кезінде қару-жараққа арналған плутонийді қайта өңдеуден туындады. Осы плутонийден құтылудың бір жолы – оны дәстүрлі жеңіл су реакторында (LWR) отын ретінде пайдалану. Плутонийді жою тиімділігі әртүрлі отын түрлері зерттелуде. 1977 жылдың сәуір айында президент Картер плутонийдің таралу қаупіне байланысты АҚШ-та трансмутацияға тыйым салды, бірақ президент Рейган 1981 жылы бұл тыйымды жойды. Экономикалық шығындар мен тәуекелдерге байланысты, сол кезде қайта өңдеу зауыттарының құрылысы қайта басталмады. Энергияға жоғары сұраныс болғандықтан, бұл әдіс бойынша жұмыс Еуроодақта (ЕО) жалғасты. Нәтижесінде, трансмутацияға мүмкіндік беретін тәжірибелік ядролық зерттеу реакторы – Myrrha құрылды. Сонымен қатар, ЕО-да трансмутацияны ірі, өнеркәсіптік масштабта жүзеге асыру мақсатында ACTINET деп аталатын жаңа зерттеу бағдарламасы басталды. 2007 жылғы президент Буштың «Жаһандық ядролық энергия серіктестігі» (GNEP) шеңберінде АҚШ ядролық қалдықтарды өңдеу мәселесін едәуір азайтуға қажетті трансмутация технологияларын зерттеуді белсенді түрде қолдап келеді. Сондай-ақ, термоядролық реакторларды «актинидті оттегіштер» ретінде пайдалануға қатысты теориялық зерттеулер жүргізілді, онда термоядролық реактор плазмасы, мысалы, токамакта, «кіші» трансурандық атомдардың аз мөлшерімен «қоспаланған» болуы мүмкін, олар реактордағы дейтерий мен тритийдің синтезінен пайда болатын өте жоғары энергиялы нейтрондармен сәулелену арқылы жеңіл элементтерге айналдырылады (актинидтер үшін бұл бөліну болып табылады). MIT-те жүргізілген зерттеуде, Халықаралық термоядролық эксперименттік реактордың (ITER) параметрлеріне ұқсас 2 немесе 3 термоядролық реактор АҚШ флотында қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған барлық жеңіл су реакторларынан шығатын жылдық кішігірім актинидтердің барлық өндірісін трансмутациялай алатыны және әр реактордан шамамен 1 гигаватт қуат өндіре алатыны анықталды.

There have been proposals for reactors that consume nuclear waste and transmute it to other, less harmful or shorter lived, nuclear waste. In particular, the integral fast reactor was a proposed nuclear reactor with a nuclear fuel cycle that produced no transuranic waste and, in fact, could consume transuranic waste. It proceeded as far as large scale tests but was eventually canceled by the U. S. Government. Another approach, considered safer but requiring more development, is to dedicate subcritical reactors to the transmutation of the left over transuranic elements. An isotope that is found in nuclear waste and that represents a concern in terms of proliferation is Pu 239. The large stock of plutonium is a result of its production inside uranium fueled reactors and of the reprocessing of weapons grade plutonium during the weapons program. An option for getting rid of this plutonium is to use it as a fuel in a traditional light water reactor (LWR). Several fuel types with differing plutonium destruction efficiencies are under study. Transmutation was banned in the United States in April 1977 by President Carter due to the danger of plutonium proliferation, but President Reagan rescinded the ban in 1981. Due to economic losses and risks, the construction of reprocessing plants during this time did not resume. Due to high energy demand, work on the method has continued in the EU. This has resulted in a practical nuclear research reactor called Myrrha in which transmutation is possible. Additionally, a new research program called ACTINET has been started in the EU to make transmutation possible on a large, industrial scale. According to President Bush's Global Nuclear Energy Partnership (GNEP) of 2007, the United States is actively promoting research on transmutation technologies needed to markedly reduce the problem of nuclear waste treatment. There have also been theoretical studies involving the use of fusion reactors as so called "actinide burners" where a fusion reactor plasma such as in a tokamak, could be "doped" with a small amount of the "minor" transuranic atoms which would be transmuted (meaning fissioned in the actinide case) to lighter elements upon their successive bombardment by the very high energy neutrons produced by the fusion of deuterium and tritium in the reactor. A study at MIT found that only 2 or 3 fusion reactors with parameters similar to that of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) could transmute the entire annual minor actinide production from all of the light water reactors presently operating in the United States fleet while simultaneously generating approximately 1 gigawatt of power from each reactor.

Қайта пайдалану

Пайдаланылған ядролық отынның құрамында мол мөлшерде көбейтілімді уран және аз мөлшерде бөлінетін материалдар бар. Қазірдің өзінде цезий-137, стронций-90 және тағы бірнеше изотоптар азық-түліктерді сәулелендіру және радиоизотоптық термоэлектр генераторлары сияқты белгілі бір өнеркәсіптік қолданыстар үшін алынып отыр. Қайта пайдалану радиоизотоптарды басқару қажеттілігін жоймаса да, шығарылатын қалдықтардың мөлшерін азайтуға мүмкіндік береді. Ядролық көмірсутектерді өндіру әдісі, Канаданың патенттік өтініші 2,659,302, – бұл ядролық қалдықтарды уақытша немесе тұрақты сақтауға арналған әдіс, ол қалдықтарды бір немесе бірнеше қоймаларға немесе дәстүрлі емес мұнай қабаттарына бұрғыланған ұңғымаларға орналастыруды қамтиды. Қалдық материалдардың жылу ағыны қабатты жарып, жерасты қабатындағы көмірсутектердің химиялық және/немесе физикалық қасиеттерін өзгертіп, өзгертілген материалды алып шығуға жағдай жасайды. Қабаттан көмірсутектер, сутек және/немесе басқа да қабат сұйықтықтарының қоспасы өндіріледі. Жоғары радиоактивті қалдықтардың радиоактивтілігі қойманың шеткі бөлігіне немесе ұңғыманың ең терең бөлігіне орналастырылған плутонийдің таралуына қарсы кедергі келтіреді. Көбейту реакторлары U-238 және ураннан тыс элементтермен жұмыс істей алады, олар 1000–100 000 жылдық кезеңде пайдаланылған отынның радиоактивтілігінің басым бөлігін құрайды.

Ғимаратты орналастыру

Ядролық қалдықтарды планетадан шығарып тастаудың тартымдылығы бар. Бірақ, бұл әдістің маңызды кемшіліктері де көп, мысалы, ұшыру құралының катастрофалық ақаулығы, бұл радиоактивті материалды атмосфераға және бүкіл әлемге таратуы мүмкін. Жалпы жойылуға тиіс материалдың көлеміне қарағанда, әрбір ракета өте аз көлемді тасымалдай алатындықтан, көптеген ұшырулар қажет болады. Бұл ұсынысты экономикалық тұрғыдан тиімсіз етеді және ұшырудың бірі немесе бірнешесі сәтсіз аяқталу қаупін арттырады. Жағдайды одан әрі усложнитү үшін, мұндай бағдарламаны реттеу жөніндегі халықаралық келісімдерге қол жеткізу қажет. Ғарышқа шығару үшін қазіргі заманғы ракеталық жүйелердің жоғары құны мен жеткіліксіз сенімділігі, массалық жетегіштер, ғарыш лифттері және басқа да ұсыныстар сияқты ракеталық емес ғарышқа шығару жүйелеріне деген қызығушылықтың бір себебі болды.

Ұлттық басқару жоспарлары

Швеция мен Финляндия белгілі бір жою технологиясын енгізуде ең алға басқан елдер, ал көптеген басқа елдерде пайдаланылған отынды қайта өңдейді немесе Франциямен немесе Ұлыбританиямен келісімшарт жасап, нәтижесінде пайда болатын плутоний мен жоғары деңгейлі қалдықтарды қайта алады. "Көптеген елдерде қайта өңдеуден алынған плутонийдің үлкен қор жиналып барады. Қазіргі уран бағасының төмендігін ескеретін болсақ, қайта өңдеудің экономикалық тиімділігі күмәнді." Көптеген еуропалық елдерде (мысалы, Ұлыбритания, Финляндия, Нидерланды, Швеция және Швейцария) болашақ жоғары деңгейлі ядролық қалдықтар сақтау орнынан сәулеленуге ұшыраған адам үшін қауіп немесе доза шегі Халықаралық радиациялық қорғау комиссиясы ұсынғаннан немесе АҚШ-та ұсынылғаннан әлдеқайда қатаң. Еуропалық шектеулер Халықаралық радиациялық қорғау комиссиясының 1990 жылғы ұсынысынан 20 есе қатаң, ал АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) Юкка тауы ядролық қалдықтар қоймасы үшін ұсынған стандарттан 10 есе қатаң, ол жабылудан кейінгі алғашқы 10 000 жылға арналған. АҚШ ЭҚА-ның 10 000 жылдан астам мерзімге арналған стандарттары еуропалық шектеулерге қарағанда 250 есе либералдырақ. Мыңдаған жылдар өткен соң, ең белсенді, қысқа жартылай ыдырау кезеңіне ие радиоизотоптар ыдырағаннан кейін, АҚШ ядролық қалдықтарын жерге көму АҚШ-тағы тау жыныстары мен топырақтың 2000 футы терендігіндегі радиоактивтілікті осындай көлемдегі табиғи радиоизотоптардың жиынтық мөлшерінен шамамен 10 миллионнан 1 бөлікке дейін арттырады, бірақ осы орынға жақын жердегі жер астындағы жасанды радиоизотоптардың концентрациясы орташа көрсеткіштен әлдеқайда жоғары болады.

Моңғолия

Моңғолияның Япон және Америка Құрама Штаттарымен ядролық қалдықтарды сақтау нысандарын салу жоспарлары мен келіссөздеріне қарсы күшті оппозиция туғаннан кейін, Моңғолия 2011 жылдың қыркүйегінде барлық келіссөздерді тоқтатты. Бұл келіссөздер АҚШ Энергетика министрінің орынбасары Дэниел Понеманның 2010 жылдың қыркүйек айында Моңғолияға жасаған сапасынан кейін басталды. 2011 жылдың ақпан айында Вашингтон қаласында Жапония, АҚШ және Моңғолия шенеуніктері арасында келіссөздер өтті. Осыдан кейін, Моңғолиядан ядролық отын сатып алуды көздеген Біріккен Араб Әмірліктері (БАӘ) келіссөздерге қосылды. Келіссөздер құпия сақталды және, тіпті "Mainichi Daily News" газеті мамыр айында олар туралы хабарлағанмен, Моңғолия бұл келіссөздердің бар екенін ресми түрде жоққа шығарды. Дегенмен, бұл жаңалықтан алаңдаған монғол азаматтары жоспарларға қарсылық білдіріп, үкіметтен жоспарларды кері тартуды және ақпаратты жариялауды талап етті. Моңғолия президенті Цахиагийн Элбегдорж 13 қыркүйекте Моңғолияда ядролық қалдықтарды сақтау жоспарлары бойынша шетелдік үкіметтермен немесе халықаралық ұйымдармен барлық келіссөздерге тыйым салатын президенттік жарлық шығарды. Моңғолия үкіметі газетті әлемге жалған мәлімдемелер таратты деп айыптады. Президенттік жарлықтан кейін, Моңғолия президенті осы әңгімелерге қатысы бар деп күдіктелген адамды қызметтен босатті.

Заңсыз демпинг

Италия билігі ядролық қалдықтарды таратқан және заңсыз төккені күдікпен қаралатын "Ндрангета" мафиясының кланын тергеп бақты. Бір құпия хабарлаған адамның сөзіне сүйенсек, Италияның мемлекеттік энергетикалық зерттеу агенттігі Энеаның басқарушысы осы кланға Италия, Швейцария, Франция, Германия және АҚШ-тан келген 600 барабанға жуық улы және радиоактивті қалдықтарды жою үшін ақша төлеген. Мақсаты – Сомали, онда жергілікті саясаткерлерді сатып алғаннан кейін қалдықтар жерленген. Энеаның бұрынғы қызметкерлерінің 1980 және 1990 жылдары қылмыскерлерге ақша төлеп, өздерінен шығарып жібергені күдік тудырып отыр. Сомалиге тасымалдау 1990 жылдарға дейін жалғасты, ал "Ндрангета" кланы радиоактивті аурухана қалдықтарын қоса, кемелермен тасылған қалдықтарды жарып, Калабрия жағалауының теңіз түбіне жіберген. Legambiente экологиялық тобының мәліметінше, "Ндрангетаның" бұрынғы мүшелері соңғы 20 жыл бойы радиоактивті материалдармен жүктелген кемелерді батыру үшін ақша алғанын айтқан. 2008 жылы Ауғанстан билігі Талибан билікте болған 1996-2001 жылдар аралығында Пәкістанды Ауғанстанның оңтүстік бөлігіне ядролық қалдықтарды заңсыз төккені үшін айыптады. Пәкістан үкіметі бұл айыптаманы жоққа шығарды.

Апаттар

Радиоактивті материалдың дұрыс тасталмауы, көліктік құралдардағы қорғаныстың жеткіліксіздігі, немесе оның тасталып қалуы, тіпті қалдық сақтау қоймасынан ұрлануы сияқты бірнеше жағдайлар орын алды. Кеңес Одағында Қарашай көлінде сақталған қалдықтар көл ішінара тартылғаннан кейін, шаңды дауыл кезінде аймаққа тарап кетті. Италияда бірнеше радиоактивті қалдықтар жиналған жерлерден материал өзен суына ағып, тұрмыстық қолданысқа арналған суды ластады. 2008 жылдың жазында Францияда көптеген оқиғалар болды: біреуінде, Трикастиндегі Areva зауытында, суды төгіп тастау кезінде ақаулы резервуардан өңделмеген уранды қамтитын сұйықтық ағып шықты және шамамен 75 кг радиоактивті материал жерге сіңіп, содан кейін жақын жердегі екі өзенге жетті; тағы бір жағдайда 100-ден астам қызметкер аз дозада радиацияға ұшырады. Маршалл аралдарындағы Эневетак атолліндегі ядролық қалдықтар полигонының нашарлауы және радиоактивті материалдың төгілу мүмкіндігі туралы алаңдаушылықтар әлі де бар. Тастап кетілген радиоактивті материалды іздеу, көбінесе дамып келе жатқан елдерде, радиацияға ұшыраудың көптеген жағдайларына себеп болды, мұндай елдерде қауіпті заттарды реттеу нашар болуы мүмкін (кейде радиоактивтілік және оның қауіптері туралы жалпы білім де жеткіліксіз) және жиналған заттар мен металл сынықтарына сұраныс бар. Іздеушілер мен материалды сатып алушылар көбінесе оның радиоактивті екенін білмейді және оны эстетикалық құндылығы немесе металл сынығы ретінде бағалайды. Радиоактивті материалдың иелерінің, әдетте ауруханалардың, университеттердің немесе әскерилердің жауапсыздығы, сондай-ақ радиоактивті қалдықтарға қатысты ережелердің болмауы немесе оларды орындаудың жеткіліксіздігі радиацияға ұшыраудың маңызды факторлары болды. Ауруханадан шыққан радиоактивті қалдықтармен байланысты оқиғаның мысалы ретінде Гояниядағы апатты қараңыз. 2011 жылдың 15 желтоқсанында Жапония үкіметінің бас сөйлеушісі Осаму Фудзимура Жапонияның ядролық объектілерінің қалдықтарында ядролық заттар табылғанын мойындады. Жапония 1977 жылы МАГАТЭ-мен жасалған келісімде осы тексерулерге қатысуға міндеттенгенімен, есептер Халықаралық атом энергиясы агенттігінің инспекторларынан жасырылды. Жапония ядролық операторлар тазалаған ядролық қалдықтарда табылған байытылған уран мен плутонийдің көп мөлшері туралы МАГАТЭ-мен талқылауды бастады. Баспасөз конференциясында Фудзимура: "Қазірге дейін жүргізілген тергеулерге сүйенсек, ядролық заттардың көп бөлігі қалдық ретінде дұрыс басқарылды және осы тұрғыдан алғанда, қауіпсіздікті басқаруда ешқандай мәселе жоқ", - деді, бірақ оның сөзіне göre, мәселе сол кезде әлі де тергеліп жатқан.

A few incidents have occurred when radioactive material was disposed of improperly, shielding during transport was defective, or when it was simply abandoned or even stolen from a waste store. In the Soviet Union, waste stored in Lake Karachay was blown over the area during a dust storm after the lake had partly dried out. In Italy, several radioactive waste deposits let material flow into river water, thus contaminating water for domestic use. In France in the summer of 2008, numerous incidents happened: in one, at the Areva plant in Tricastin, it was reported that, during a draining operation, liquid containing untreated uranium overflowed out of a faulty tank and about 75 kg of the radioactive material seeped into the ground and, from there, into two rivers nearby; in another case, over 100 staff were contaminated with low doses of radiation. There are ongoing concerns around the deterioration of the nuclear waste site on the Enewetak Atoll of the Marshall Islands and a potential radioactive spill. Scavenging of abandoned radioactive material has been the cause of several other cases of radiation exposure, mostly in developing nations, which may have less regulation of dangerous substances (and sometimes less general education about radioactivity and its hazards) and a market for scavenged goods and scrap metal. The scavengers and those who buy the material are almost always unaware that the material is radioactive and it is selected for its aesthetics or scrap value. Irresponsibility on the part of the radioactive material's owners, usually a hospital, university, or military, and the absence of regulation concerning radioactive waste, or a lack of enforcement of such regulations, have been significant factors in radiation exposures. For an example of an accident involving radioactive scrap originating from a hospital see the Goiânia accident. On 15 December 2011, top government spokesman Osamu Fujimura of the Japanese government admitted that nuclear substances were found in the waste of Japanese nuclear facilities. Although Japan did commit itself in 1977 to these inspections in the safeguard agreement with the IAEA, the reports were kept secret for the inspectors of the International Atomic Energy Agency. Japan did start discussions with the IAEA about the large quantities of enriched uranium and plutonium that were discovered in nuclear waste cleared away by Japanese nuclear operators. At the press conference Fujimura said: "Based on investigations so far, most nuclear substances have been properly managed as waste, and from that perspective, there is no problem in safety management," but according to him, the matter was at that moment still being investigated.