Лекция 4
Радиоэкология и ОС
Первичные радионуклиды делят на две группы: радионуклиды уранового и ториевого семейств и радионуклиды, находящиеся вне этих радиоактивных семейств. В первую группу входят 32 радионуклида, среди которых такие долгоживущие нуклиды, как торий-232 (период полураспада 14,1 млрд. лет), уран-238 (4,51 млрд. лет), уран-235 (710 млн. лет), радий-226 (1602 года), свинец-210 (22,3 года) и др.; во вторую группу - 11 долгоживущих радионуклидов, которые присутствуют в различных объектах среды с момента образования Земли и имеют период полураспада от 107 до 1015 лет (калий-40, рубидий-87 и др.).
Из первичных радионуклидов основной вклад в дозу внешнего облучения вносят гамма-излучающие нуклиды уранового и ториевого рядов, а также калий-40. Содержание этих элементов существенно зависит от типа пород (табл. 1).
Таблица 1 – Среднее содержание в горных породах урана, тория в массовых долях на млн. часть горной породы и калия %
| Породы | Уран, млн-1 | Торий, млн-1 | Калий, % |
| Гранит | 3,0 | 12,0 | |
| Базальт | 1,0 | 4,0 | 0,5 |
| Перидотит | 0,001 | 0,004 | 0,04 |
| Песчаник | 0,45 | 1,7 | 1,4 |
Районы с повышенным естественным фоном. На земном шаре имеются районы, где мощность поглощенной дозы в воздухе вне помещений значительно превышает среднее значение (около 5 мкР/ч), характерное для районов с "нормальным" радиационным фоном. Это - провинции Лацио и Кампанья в Италии, районы в штатах Керала и Тамилнад в Индии, в штатах Эспириту-Санту, Минас-Жерайс и Рио-де-Жанейро в Бразилии, ряд районов во Франции, Иране, Нигерии, на Мадагаскаре и в некоторых других странах мира. Так, отмечены места в штате Минас-Жерайс, где мощность поглощенной дозы в воздухе достигает 28 мкГр/ч (примерно соответствует 2800 мкР/ч). Во Франции в ряде районов типичное значение мощности поглощенной дозы в воздухе достигает 2 мкГр/ч (200 мкР/ч); в этой стране обнаружен также небольшой район, где мощность поглощенной дозы составляет 100 мкГр/ч (10 тыс. мкР/ч). В урановой провинции Атабаска (Канада) по высоким концентрациям урана в хвое черной канадской ели обнаружена Уолластоунская биохимическая аномалия размером 3 000 км2, связанная с поступлением в приземной слой атмосферы урансодержащих газовых эманации по глубинным разломам. Естественно повышенный радиационный фон наблюдается в районах Крайнего Севера из-за поступления в эти районы частиц солнечного ветра.
Радиационное загрязнение биосферы. В связи с индустриализацией в природную среду поступают сегодня в больших количествах естественные радионуклиды (их в насчитывается более 60), извлекаемые из глубин земли вместе с углем, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. Кроме этого, в биосфере в результате деятельности человека появилось огромное количество искусственных радионуклидов (несколько сотен) и источников излучения.
Технологически измененный естественный радиационный фон. Этот термин используют д ля характеристики изменения естественного радиационного фона под влиянием хозяйственной деятельности человека. В него не включают поступившие в окружающую среду искусственные радиоактивные вещества от испытаний ядерного оружия и от работы предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ). Используется Единица активности – беккерель, Бк. 1 Бк равен одному ядерному превращению (распаду) за 1 секунду: 1 Бк = 1 расп./с. Однако к нему относят такие источники, как геотермические электростанции, создающие в среднем выброс около 4 · 1014 Бк Rn-222 на 1 ГВт/год выработанной электроэнергии; дополнительное облучение при полетах в самолете; радий-226, прометий-147 и тритий, используемые для светосоставов постоянного действия; а также электронные и электрические устройства, содержащие радионуклиды или излучающие рентгеновское излучение; радионуклид Ро-210, используемый для снятия статического заряда в некоторых производствах; пожарные дымовые детекторы, содержащие Ra-226, Pu-238 или Am-241; керамическая и стеклянная посуда, содержащая уран и торий и др.
Уголь, сжигаемый в промышленных энергетических установках или жилых домах, содержит естественные радиоактивные К-40, а также U-238 и Th-232 в равновесии с их продуктами распада. В угольной золе содержится в среднем такая удельная активность, Бк/кг: 265 - 40K; 200 - 238U; 240 - 226Ra; 930 - 210Pb; 1700 - 210Po; 70 - 232Th; 110 - 238Th и 130 - 228Ra. Количество выброшенных в атмосферу радионуклидов зависит от зольности угля и эффективности очистных фильтров сжигающих устройств. ТЭЦ различного типа выбрасывают в атмосферу от 1 до 20 % общего количества образующейся золы. Индивидуальная средняя доза облучения в районе ТЭС электрической мощностью 1 ГВт (район радиусом 20 км, площадью около 1000 км2) составляет 5,3 мкЗв/год, при этом костный мозг накапливает 145 мкЗв, легкие - 420 мкЗв, костная ткань - 1140 мкЗв.
Удобрения, применяемые в сельском хозяйстве, содержат немалое количество радионуклидов, которые после внесения их в почву проходят по пищевым цепям и поступают в живые организмы. Мировая добыча фосфатных руд составляет около 1,3 млн. тонн в год. Одними из самых чистых в мире считаются отечественные удобрения, однако это связано не с технологией их изготовления, а с качеством исходных пород.
В Кольском апатите фосфорные удобрения содержат, например, Ra-226 и U-238 до 70 Бк/кг и в фосфорите – 400 Бк/кг. Тройной суперфосфат, выпускаемый в США, содержит, Бк/кг: 2100 - 238U; 1800 - 230Th; 780 - 226Ra; 48 - 232Th. Азотно-фосфорно-калиевые удобрения (Бельгия) содержат, Бк/кг: 470 - 238U; 210 - 226Ra; 5900 - 40K.
Нефть. Сама нефть не содержать радионуклидов в опасных количествах, но при бурении скважин на нефть может выбрасываться на поверхность шлам содержащий радиоактивные элементы. В водонефтяной оторочке возникают благоприятные условия для осаждения и накопления Ra, что может загрязнять как инструменты, так шлам, который извлекается из скважины. Шлам – это горные породы + вещества, используемые для промывки инструментов и извлечения породы из скважины. Складируется в шламовые амбары, около кустового основания.
Находясь в контакте с радиоактивными изотопами мы поглощаем радиацию. Поглощенная доза излучения равна отношению средней энергии DЕ, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе Dm вещества в этом объеме. Единица измерения поглощенной дозы служит грэй, Гр. 1 Гр = 1 Дж/кг. Единица эквивалентной дозы – зиверт, Зв. 1 Зв = 1 Дж/кг. Зиверт равен дозе излучения любого вида, производящей такое же биологическое действие, как и доза образцового рентгеновского излучения в 1 Гр. Эквивалентная доза излучения введена для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения при значении эквивалентной дозы за календарный год не более 5 предельно допустимых доз (ПДД), то есть не превышающего 250 мЗв в год. Эквивалентная доза равна произведению поглощенной дозы на средний коэффициент качества k ионизирующего излучения в данном элементе объема биологической ткани.
Предметы широкого потребления являются дополнительным источником облучения человека. Так, часы с циферблатом, содержащим радий-226 создают мощность дозы 0,074 мкГр/час. Мягкое рентгеновское излучение цветного телевизора создает на расстоянии 250 см от экрана мощность дозы, равную 0,003 мкГр/час, а на расстоянии 5 см от экрана - 100 мкГр/час.
Загрязнение биосферы радионуклидами, образовавшимися при испытаниях ядерного оружия. Испытания ядерного оружия в атмосфере были начаты США в 1945 г. Наиболее интенсивные испытания проводились в 1954 - 1958 гг. и 1961 - 1962 гг. В первый период большую часть испытаний провели США, во время второго периода - Советский Союз. В 1963 г. большинство стран подписали Договор об ограничении испытаний ядерного оружия (кроме подземных). После этого лишь Франция и Китай провели серию испытаний ядерного оружия в атмосфере (последнее из них - в 1980 г.).
С 1945 по 1980 г. было испытано в атмосфере 423 ядерных устройств различных типов и мощности. Общая мощность взорванных в атмосфере ядерных устройств эквивалентна 545,5 Мт тринитротолуола (тротилового эквивалента) – в пересчете на мощность бомбы, сброшенной на Хиросиму (20 кт), - это 27 275 хиросимских бомб.
В момент взрыва первоначальная смесь продуктов деления содержит до нескольких сотен радионуклидов, большинство из которых имеет ничтожную концентрацию или из-за короткого периода полураспада быстро распадается. Кроме первичных радионуклидов в окружающей среде образуется значительное количество вторичных радионуклидов в результате активации вещества среды нейтронами, испускаемыми при взрыве. В радиоактивных продуктах взрыва также присутствует в мелкодисперсной форме большое количество неразделившихся 238U, 235U и 239Pu. Почти каждый изотоп является родоначальником цепочки распада с образованием радиоактивных промежуточных продуктов.
Основной вклад в формирование дозы облучения населения вносят долгоживущие радионуклиды. После атмосферного взрыва около 50 % образовавшихся активных продуктов выпадают в районе испытаний (в радиусе около 100 км) на земную или водную поверхность (площадью примерно 30 000 км2) – это так называемые локальные радиоактивные осадки. Остальная часть уходит в тропосферу и/или стратосферу. В тропосферу попадают мелкие аэрозольные частицы и находятся там до 30 суток, в течение которых они выпадают на Землю. Благодаря воздушным течениям тропосферные осадки выпадают за многие сотни и тысячи километров от места взрыва. В стратосферу уходит большая часть радионуклидов, которые глобально перемешиваются в стратосфере и затем в течение долгого времени (месяцы и годы) выпадают в различном количестве на различные участки поверхности всего земного шара (глобальные выпадения). В Северном полушарии, где проводилось большинство испытаний, выпадает и большее количество радиоактивных осадков.
Радиоактивные вещества, образующиеся при ядерных взрывах, создают радиационное воздействие на людей - внутреннее облучение (от вдыхания радиоактивных веществ, содержащихся в приземном слое воздуха, и употребления в пищу продуктов питания и питьевой воды, загрязненных радионуклидами) и внешнее облучение (от радиоактивных веществ, присутствующих в приземном воздухе или выпавших на поверхность земли).
НКДАР (Национальная комиссия по действию атомной радиации (Россия)) выделяет 21 радионуклид, которые образовались при испытаниях ядерного оружия и которые вносят тот или иной вклад в дозу облучения населения. Среди них, кроме того, выделены радионуклиды, вклад каждого из которых в ожидаемую эффективную эквивалентную дозу превышает 1 % (за 100 % принята ожидаемая доза от всех дозообразующих радионуклидов ядерного взрыва). Это следующие 8 радионуклидов (в порядке уменьшения вклада в ожидаемую суммарную дозу) – 14C, 137Cs, 95Zr (цирконий), 106Ru (рутений), 90Sr, 144Ce (церий), 3H и 131I.
Как известно, природное содержание трития составляет не более 5,2 · 1012 Бк (5,2 терабеккерель, или 5,2 ТБк). В результате испытаний ядерного оружия (в основном термоядерного) в атмосферу поступило 2,4 · 1020 Бк трития, который активно включился в гидрологический цикл, и Мировой океан является сегодня основным депо хранения этого радионуклида.
Природное образование радиоактивного С-14 в атмосфере космическими нейтронами составляет 1 · 1015 Бк (1 петабеккерель, или 1 ПБк). При испытаниях ядерного оружия радиоуглерод образуется при захвате азотом воздуха нейтронов, испускаемых во время ядерного взрыва. Суммарная активность 14С, накопившаяся в результате испытаний оружия, проведенных до 1981 г., составила 220 ПБк.
По оценкам экспертов понадобится несколько тысячелетий, чтобы содержание тих изотопов пришло в норму.
Стронций-90 - чистый бета-излучатель со средней энергией 0,196 МэВ. При его распаде образуется другой бета-излучающий радионуклид - иттрий-90 (Т1/2 = 61,1 часа, средняя энергия бета-частиц 0,935 МэВ). Исторически сложилось так, что именно 90Sr был объектом пристального внимания ученых всего мира в течение длительного времени, поэтому получены обширные сведения о его поведении в окружающей среде. Общее количество Sr-90, образованного в результате всех проведенных до 1981 г. испытаний, составило 600 ПБк. За вычетом локальных выпадений общее глобальное накопление Sr-90 составляло к концу 1980 г. около 400 ПБк.
Цезий-137 - радионуклид, излучающий бета-частицы. При его распаде образуется дочерний радионуклид 137mВа, который распадается с периодом полураспада 2,55 минуты, при этом испускаются гамма-кванты. Количество Сs-137, попавшего в атмосферу до 1981 г., равно 960 ПБк.
Нуклиды Sr-90 и Cs-137 в составе глобальных осадков выпадают в водно-растворимой форме. Эти элементы являются основными загрязнителями территорий пострадавших от Чернобыльской катастрофы.
Иод-131 - радионуклид, излучающий бета-частицы и гамма-кванты. Общее количество 131I, поступившего в атмосферу, согласно оценкам, равно 7 · 1020 Бк. Основной источник поступления радиоактивного йода в организм людей – молоко (в тех районах, где оно является важным компонентом рациона человека).
Плутоний-328. Pu-328 имеет период полураспада, равный 87,7 лет, общее количество этого радионуклида, образовавшееся при проведении испытаний, составляет 330 ТБк; Pu-239 - 24100 лет, 7,8 ПБк; Pu-240 - 6570 лет, 5,2 ПБк; Pu-241 - 14,4 лет, 1700 ПБк; Pu-242 - 376000 лет, 160 ТБк; Am-241 (образуется при распаде Pu-241) - 433 года, 5,5 ПБк; Ar-39 - 269 лет, 1,2 ПБк и т.д.
По расчетам специалистов, полная ожидаемая доза от всех радионуклидов, образовавшихся при ядерных испытаниях, составит примерно 4000 мкЗв (т.е. 400 мбэр). До 2000 года было израсходовано только 7,7 % от этой дозы, и она будет почти полностью реализована более чем за тысячу лет. Очень малые дозы от наиболее долго живущих радионуклидов ядерных взрывов люди будут получать еще на протяжении миллионов лет.
Практическое занятие
Загрязнение радионуклидами, поступающими в биосферу при работе предприятий ядерного топливного цикла
Радиоактивные вещества могут поступать в природную среду на всех стадиях этого цикла:
- добыча и переработка урановых и ториевых руд;
- обогащение урана изотопом 235U;
- изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов);
- получение ядерной энергии в ядерных реакторах;
- переработка отработавшего ядерного топлива на радиохимических предприятиях и извлечение из него делящихся веществ и радионуклидов, представляющих интерес для народного хозяйства;
- переработка, хранение и захоронение радиоактивных отходов.
Для обеспечения всех стадий ЯТЦ необходима также транспортировка радиоактивных материалов.
Основными источниками потенциальной ядерной опасности на территории России являются предприятия по производству расщепляющегося материала для ядерного оружия - Арзамас-16, Челябинск-40, Коасноярск-45, Томск-7, действующие 11 АЭС, которые дают около 12 % электроэнергии для нашей страны и 7 атомных ледоколов; кроме этого, в бывшем СССР насчитывалось 170 атомных подлодок, на которых находились 324 ректора. Большая часть выведена из употребления, а реакторы являются источниками повышенной радиации.
Несмотря на повышенные требования по безопасной работе ядерных реакторов, количество нарушений их эксплуатации остается высоким, в частности, на АЭС в 1991 г. было 164 таких нарушения, в 1992 г. - 204, в 1993 - 200. Однако уже хорошо известно, что потенциальная опасность имеет свойство реализовываться: 1957 г. - на Северном Урале вблизи г. Кыштым взрыв на военном предприятии "Маяк" с катастрофическими последствиями, 1974 - 1975 гг. - аварии на Ленинградской АЭС, 1978 г. - пожар на Белоярской АЭС, 1986 г. - катастрофа на Чернобыльской АЭС, 1993 г. - авария на Сибирском химическом комбинате (Томск-7).
Добыча урановой (ториевой) руды производится подземным способом (шахты), открытым (карьеры), а в последние два десятилетия также методом подземного выщелачивания металла на месте его залегания — это зависит от конкретных горно-геологических условий и концентрации металла в руде (концентрация урана в руде в виде U3О8 колеблется обычно от 0,1 до 3 %). Подземный способ применяют обычно для месторождений с высоким содержанием урана, залегающих в крепких породах на глубине более 200 - 300 м. На меньших глубинах и с низким содержанием металла применяют открытые способы.
При добыче руды подземным и открытым способами образуются газообразные, жидкие и твердые радиоактивные отходы (РАО). Газообразные радиоактивные выбросы состоят главным образом из Rn-222. В среднем образуется от 0,4 до 8 ГБк Rn-222 на 1 т добываемой руды (разброс зависит от ее качества). Жидкие отходы в основном определяются шахтными водами, образующимися при дренаже, а также водой для технологических целей. Твердые отходы состоят из горной породы и руды с очень низким содержанием урана.
Добытую руду транспортируют на обогатительную фабрику, обычно расположенную неподалеку. Обогащение урановой руды происходит в процессах грохочения, дробления, измельчения и последующего перевода в растворимую в воде двуокись урана UО2. При этом металлы, образующие нерастворимые сульфиды, переходят в шламы. Вместе с сульфидами из процесса уходят также продукты распада урана - радий и его радиационно-опасные дочерние нуклиды, а также Ba, Pb, Bi, Al, Fe, Ca, ионы SО4 и песок. Урановые отходы (хвосты) с обогатительных заводов сбрасываются в виде суспензии, состоящей на 50 % из твердой фракции. Обычно около 85 % активности содержится в илистой фракции. Количество радиоактивных аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу из хвостохранилища, зависит от размеров их высохшей части, которая в свою очередь определяется метеорологическими и климатическими факторами. Кстати, радий является радиоактивным элементом, играющим большую роль в технике и медицине, и его можно добывать промышленным способом из шламов, накапливающихся в хвостохранилищах в огромном количестве. Так, при 0,2 % содержании урана в руде на каждые 200 т получаемого урана (годовая потребность АЭС мощностью 1 ГВт) образуется 100 тыс. тонн РАО.
Вблизи действующих обогатительных фабрик в Северной Америке к 1985 г. скопилось около 120 млн. т отходов, и если положение не изменится, то к концу века эта величина возрастет до 500 млн. т. Эти отходы будут оставаться радиоактивными в течение миллионов лет, т.е. будут являться главными долгоживущими источниками облучения населения. Их вклад можно значительно уменьшить, если отвалы покрыть асфальтом или поливинилхлоридом. Конечно, покрытия необходимо будет регулярно менять и также захоранивать.
Урановый концентрат, поступающий с обогатительных фабрик, подвергается дальнейшей переработке на урановых химических и аффинажно-металлургических заводах с целью извлечения урана и очистки его от посторонних примесей. На стадии аффинажа получают полуфабрикат, пригодный для производства металлического урана или гексафторида урана. (Аффинаж — металлургический процесс получения металлов высокой чистоты путем их разделения и отделения от них различных примесей.)
Как известно, в цепной самоподдерживающейся реакции деления ядер под действием тепловых нейтронов участвует только изотоп урана U-235, содержание которого в природном уране составляет 0,71 % (остальная часть принадлежит U-238). Для ядерного топлива необходимо обогащать природную смесь урана изотопом 235U, а это, в свою очередь, требует разделения легкого и тяжелого изотопов урана.
Гексафторид урана (UF6) по своим химическим свойствам близок к идеальному газу и является пока единственным соединением, пригодным для разделения изотопов 235U и 238U. Эта задача решается с помощью молекулярно-кинетических методов (газодиффузия, термодиффузия, центрифугирование) или электромагнитного метода. Для получения UF6 используют, как правило, тетрафторид или очищенную двуокись урана. Необходимо отметить, что UF6, а также F2 и фтористый водород, используемые как реагенты, - весьма токсические газы.
В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие РАО (в основном альфа- и бета-излучатели), однако дозы облучения населения от них намного меньше, чем на других стадиях ЯТЦ. Обогащенный уран служит исходным сырьем для производства твэлов ядерных реакторов (твэл состоит из урансодержащего сердечника, заключенного в металлическую оболочку).
В ядерном реакторе осуществляется самоподдерживающийся процесс следующих друг за другом актов деления ядер U-235 под действием нейтронов. Основной частью ядерного реактора является активная зона, в которой находится делящийся материал. В реакции деления ядра образуются два радиоактивных осколка в виде атомов различных элементов и нейтроны. По мере работы реактора число атомов ядерного топлива в нем постепенно уменьшается, "выгорает", а количество осколков, напротив, увеличивается. За активной зоной находится обычно находится отражатель или экран, который частично отбрасывает уходящие нейтроны обратно в активную зону и тем самым способствует протеканию цепной реакции. За экраном располагается биологическая защитаот ионизирующего излучения, которая выполнена в виде толстых бетонных стен или баков с водой.
Для управления цепной реакций служат специальные управляющие стержни, изготовленные из материалов, способных сильно поглощать нейтроны. Введение таких стержней в активную зону приводит к уменьшению количества свободных нейтронов и тем самым к задержке или даже к полному прекращению цепной реакции.
При работе реактора в активной зоне и частично в отражателе выделяется громадное количество энергии, которая в конечном счете проявляется в виде тепла. Для того, чтобы реактор не перегревался и не разрушался, тепло из него необходимо непрерывно отводить. Для этого через активную зону постоянно прокачивается газ, или вода, или какое-нибудь другое вещество, отбирающее тепло из активной зоны и передающее его затем атмосферному воздуху, воде реки или пару, идущему в турбину электростанции. При этом вещество теплоносителя становится радиоактивным в результате его активации нейтронами.
В результате работы АЭС образуются РАО, которые поступают в окружающую среду, т.к. системы очистки не дают 100 %-го эффекта.
К газообразным отходамотносятся радиоактивные благородные газы (РБГ): около десяти радионуклидов Kr и Xe - продуктов деления, 41Ar - продукт нейтронной активации 40Ar, содержащегося в воздухе и в охлаждающей реактор воде или газе. РБГ играют основную роль в формировании дозы внешнего гамма-излучения от АЭС.
Среди аэрозольных радионуклидов, присутствующих в атмосферных выбросах АЭС различных типов насчитывается более 50 биологически значимых.
К жидким отходам относятся пульпы ионообменных смол, фильтроматериалы, кубовые остатки выпарных аппаратов, в которые поступает загрязненная радионуклидами вода при эксплуатации или ремонте реактора. В окружающую среду сбрасываются очищенные, так называемые дебалансные воды, активность которых создается в основном за счет трития в форме тритиевой воды НТО, т.к. система очистки не позволяет выделять тритиевую воду из воды.
К твердым отходам АЭС относятся: твердые отходы, возникающие после отверждения жидких концентрированных отходов; детали оборудования реактора, сеятые с эксплуатации (топливные каналы, насосы, задвижки, фильтры и т.д.; использованный инструмент и приборы; израсходованные материалы (ветошь, спецодежда, бумага и пр.). Твердые отходы до момента захоронения хранятся на площадке АЭС. Количество твердых отходов зависит от типа реактора и не превышает обычно 2000 м3/(ГВт × год).
Величина радиоактивных выбросов у различных реакторов колеблется в широких пределах: не только от одного типа реактора к другому и не только для разных конструкций реактора одного и того же типа, но также для двух разных реакторов одной конструкции. Выбросы могут существенно различаться даже для одного и того же реактора в разные годы, потому что различаются объемы текущих ремонтных работ, во время которых и происходит большая часть выбросов. В конце 1989 г. в 26 странах эксплуатировалось в общей сложности 416 энергетических ядерных реакторов суммарной мощностью 274 ГВт, еще около 100 реакторов строилось.
Значительный вклад в загрязнение биосферы вносят заводы по переработке облученного ядерного топлива. При переработке из него извлекаются уран и плутоний для повторного использования в ядерных реакторах, а также некоторые долгоживущие радионуклиды, которые могут быть использованы в народохозяйственных целях (137Cs, 90Sr и др.). Перед поступлением на переработку твэлы обычно выдерживают не менее 120 суток, чтобы распались до минимального уровня короткоживущие радионуклиды, главным образом I-131.
Весомый вклад в загрязнение биосферы и глобальную дозу облучения населения всего мира вносят также долгоживущие радионуклиды 3H, 14C, 85Kr, 90Sr, 106Ru, 129I, 134Cs, 137Cs и изотопы трансурановых элементов, присутствующие в выбросах и сбросах заводов по переработке облученного ядерного топлива. Для радиохимического завода (РХЗ) мощностью 1500 тонн тяжелого металла (ттм) в год, который перерабатывает облученное топливо от легководных АЭС, расчетное значение индивидуальной годовой эффективной эквивалентной дозы в районе завода (на расстоянии до 100 км) составляет около 250 мкЗв (25 мбэр). Суммарная мощность радиохимического производства в Томске-7 позволяет переработать не менее 5000 ттм в год.
Радиоактивные отходы, образующиеся при переработке топлива, как правило, смешиваются с большим количеством нерадиоактивных химических отходов. Химические отходы сами по себе могут представлять большую опасность для окружающей среды и здоровья людей. Химические отходы переработки можно разделить на три категории.
К первой категории относятся кислотные отходы, получаемые на стадии растворения отработанного топлива. Обычно используется азотная кислота, хотя возможно использование и других кислот. Агрессивность этих кислот (рН обычно меньше 1) порождает ряд серьезных проблем при обращении с отходами, часто приводит к утечкам в трубопроводах, вызывая загрязнение грунтовых вод. Кислоты также ускоряют скорости реакций других составляющих отходов, приводя к образованию горючих газов, например водорода. Кроме того, высокая кислотность приводит к увеличению мобильности таких радиоактивных веществ как плутоний.
Вторая категория химических отходов - разнообразные связывающие вещества, добавляемые для снижения реактивности отходов или для осаждения. Некоторые из этих веществ, например циан (CN), в кислой среде могут образовывать ядовитые газы и другие опасные соединения.
Третья категория химических отходов включает в себя разнообразные органические растворители, такие как трихлорэтилен, трибутилфосфат и др. Многие из них, например четыреххлористый углерод, известны как активные канцерогены. Кроме того, растворители могут отравить грунтовые воды на большой территории.
На заключительной стадии ЯЦТ производится захоронение высокорадиоактивных отходов. При этом возникает немало проблем, т.к. для деактивации радиоактивных отходов необходимо время, равное примерно 20 периодам полураспада (нетрудно представить сложность задачи, если вспомнить, что период полураспада, например Pu-239, которым начинены атомные боеголовки, равен 24400 лет, т.е. человечество сегодня закладывает мину замедленнго действия своему будущему).
Хранить ли РАО в течение сотен тысячелетий в соляных шахтах, в герметичных (до поры, до времени) емкостях глубоко под землей или на дне океана, просто сбрасывать в море или отправлять в космос? Вопросы захоронения отходов в целом решаются правительствами разных стран по-разному. В этой связи необходимо отметить тенденцию роста ввоза импортных грязных отходов в Россию. По оценке "Гринспис", в период с 1967 по 1993 г. более 90 иностранных фирм предприняли 96 попыток экспортировать 34 млн. т опасных отходов на территорию России. В 1991-м году было сделано 6 попыток продаж опасных отходов, в 1992 - 27 и в 1993 - уже 31 попытка. В основном предложения исходили из Германии - 28 млн. т, США, Австрии, Италии, Бельгии, Канады, Финляндии и др. Среди предложенных отходов 10 млн. т шлака и пепла мусоросжигательных заводов, отфильтрованная пыль, пестициды, химикаты, пластиковые, радиоактивные и другие отходы. Более 4000 т отходов благополучно было доставлено и размещено на российской территории, в том числе радиоактивные и ртутные отходы. Безусловно, эти далеко не полные данные – лишь малая часть того, что происходит на самом деле.
На территории России для захоронения РАО имеются 15 полигонов, которые являются источниками потенциальной радиационной опасности. Томск-7, например, зарывает контейнеры в землю на глубину 100 – 200 м, закачивает жидкие отходы в геологические пласты - при этом не исключена вероятность попадания радиоактивных веществ в водносные пласты, кое-что отправляет и в реку Томь.
Достаточно надежных способов захоронения РАО пока еще не разработано. Во многих странах ведутся исследования по отверждению отходов с целью их последующего захоронения в геологически стабильных районах на суше, на дне океана или в расположенных под ним пластах. Предполагается, что захороненные таким образом РАО не будут источником облучения населения в обозримом будущем. Делаются попытки предсказать судьбу захороненных радиоактивных материалов. Предварительные оптимистические оценки показали, что заметное количество этих радиоактивных веществ достигнет биосферы через 105 - 106 лет.