Богданов_Никита_10_класс_Гимназия_1576

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Северное окружное управление образования
Департамента образования города Москвы
ГБОУ гимназия № 1576 СПш гимназия № 1576
Конкурсная работа регионального этапа всероссийской олимпиады
школьников по экологии
Утилизация
ядерных
отходов
Автор работы: Богданов Никита, 10 класс
Руководитель: Лысикова Алёна Геннадьевна, учитель биологии
Москва, 2013-2014
С чем связан выбор темы для
проекта
 Такая
экологическая проблема, как
загрязнение окружающей среды
ядерными отходами, тесно связана с
физикой. Так как я учусь на физикоматематическом профиле, мне было
интересно исследовать экологические
проблемы утилизации ядерных отходов,
используя теоретические знания по
ядерной физике.
Основные проблемы



Негативное влияние радиации на живой мир
(радиация опасна для организмов не только в
больших дозах, но и в малых, т.к. при постоянном
облучении у живых организмов проявляются
лучевая болезнь и мутации)
Невозможность переработки отходов(у некоторых
радиоактивных элементов период полураспада
составляет несколько миллионов лет)
Ненадёжность методов утилизации(основным
методом утилизации является захоронение, при
этом виде утилизации существует довольно
большая вероятность контакта отходов с внешней
средой)
В чем состоит исследование
В
своем исследовании я решил
критически подойти ко всем известным
методам утилизации, указать у них свои
минусы, свои плюсы. Исходя из этих
данных я выработал рецепт для
Классификация
радиоактивных отходов
Ядерные отходы делят на следующие категории:
низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные.
Такое разделение связано с тепловыделением, т.е.
чем выше категория отходов тем больше их
тепловыделение.
Низкоактивные РАО


Отходы низкого уровня активности - это
умеренно радиоактивный материал,
обычно удаляемый путем сжигания и
захоронения.
Они появляются из больниц и
промышленности, а также от ядернотопливного цикла, и состоят из бумаги,
ветоши, инструментов, одежды и фильтров,
которые содержат небольшие количества
самой короткоживущей радиоактивности.
Среднеактивные РАО




Отходы среднего уровня активности содержат более
высокие концентрации радиоизотопов, чем отходы
низкого уровня активности.
В основном они производятся ядерной отраслью и
содержат смолы, химические осадки и металлическую
оболочку топлива, а также некоторые активизированные
структурные материалы активной зоны, оставшиеся
после вывода реактора из эксплуатации.
РАО могут быть коротко- или долгоживущими. В
основном короткоживущие отходы захораниваются в
приповерхностные хранилища, тогда как долгоживущие
отходы (от переработки отработанного топлива) в
настоящее время планируются для захоронения глубоко
под землей.
Медицинский, промышленный и научный сектора также
производят небольшие количества долгоживущих
среднеактивных РАО в результате использования
радиоактивных источников, таких как америций -241 и
радий-226.
Высокоактивные РАО

Чрезвычайно радиоактивные продукты
деления и трансурановые элементы
(обычно отличные от плутония),
образующиеся во время эксплуатации
реактора и содержащиеся в
отработанном топливе. Их можно отделить
путем переработки отработанного топлива
и остекловать для долговременного
хранения, или содержащее их
отработанное топливо может считаться
высокорадиоактивными отходами.
Степень опасности РАО
 Таким
образом, самыми опасными для
животного мира являются
высокоактивные РАО, причем иногда в
них встречаются т.н. трансурановые
элементы, которые вообще отсутствуют
в естественной среде. Самыми
безопасными же являются
низкоактивные РАО, элементы которых
встречаются практически повсеместно.
Витрификация
 Витрификация(или
остеклование),
является основным методом
нейтрализации высокоактивных РАО.
Грубо говоря, этот метод представляет
собой выплавку стекла вместе с РАО,
эту субстанцию помещают в
резервуары и заваривают.
Достоинства и недостатки




Минусы
Для жидких отходов
подобный метод
трудоемок и
неэффективен
Под действием
радионуклидов стекло
постепенно разрушается
Для небольшого кол-ва
РАО нужно очень много
консервирующих
веществ




Плюсы
Для твердых РАО
витрификация является
относительно надежным
и эффективным
методом
Отходы могут храниться
многие тысячи лет
Затратный материал
сравнительно не дорогой,
поэтому этот метод
широко внедрен в
промышленность
СИНРОК (synthetic rock —
синтетическая порода)

СИНРОК был разработан
профессором Тедом Рингвудом в
Австралийском национальном
университете. Изначально СИНРОК
разрабатывался для утилизации
военных высокоактивных РАО США, но в
будущем возможно его использование
для гражданских нужд. СИНРОК состоит
из таких минералов, как пирохлор и
криптомелан.
Достоинства и недостатки




Недостатки
Процесс отверждения и
захоронения
чрезвычайно затратный
Производство подобной
оболочки очень
трудоемко из-за чего
этот метод до сих пор
не внедрен в
промышленности
Для небольшого кол-ва
РАО нужно очень много
консервирующих
веществ
 Достоинства
 Является
надежным
методом как и для
твердых, так и для
жидких РАО.
 Благодаря
кристальной
структуре,
радионуклиды
гораздо меньше
разрушают оболочку
«Remix & Return»
(Перемешивание и возврат)
 Этот
метод предполагает
нейтрализацию высокоактивных РАО
путем смешивания с отходами из
урановых рудников и обогатительных
фабрик до первоначального уровня
активности урановой руды и
помещением полученной смеси в
пустые урановые рудники
Достоинства и недостатки
 Недостатки
 Отсутствие
практической
основы(данный
метод всего лишь
проект)




Достоинства
Исчезновение
проблемы
высокоактивных РАО
Возврат вещества на
место,
предназначенное
ему природой
Обеспечение цикла
удаления и
обезвреживания для
всех радиоактивных
материалов
Трансмутация
 Существуют
разработки реакторов,
потребляющих в качестве топлива РАО,
превращая их в менее вредные отходы,
в частности, интегральный ядерный
реактор на быстрых нейтронах, не
производящий трансурановые отходы,
а, по сути, потребляющий их. Проект
был заморожен правительством США
на стадии крупномасштабных
испытаний.
Достоинства и недостатки
 Недостатки
 Очень
затратное и
наукоёмкое
производство
таких реакторов




Достоинства
Решает проблему
захоронения
высокоактивных РАО
Помимо этого,
высокоактивные РАО
используются для
получения энергии
Тепловыделение
продуктов реакции
гораздо меньше, чем
у реагентов
Удаление РАО в космос
 Отправка
РАО в космос является
заманчивой идеей, поскольку РАО
навсегда удаляются из окружающей
среды.
Достоинства и недостатки




Недостатки
Возможность аварии
ракеты-носителя, при
которой последствия
будут необратимы
Большое число
запусков и большая их
стоимость делают этот
метод непрактичным
Для подобной
проблемы нужны
международные
соглашения
 Достоинства
 РАО
полностью
удаляются из
окружающей
среды
 Необходимость
обработки РАО
отпадает
Вывод

Методов утилизации РАО довольно-таки много.
У каждого есть свои достоинства и недостатки,
некоторые еще не реализованы, но возможно
они в будущем станут основными, а нынешние
уйдут на второй план. Я думаю, что проблему
утилизации ядерного топлива нужно решать
комплексно, т.е. использовать все имеющиеся
методы, совершенствовать их, вводить новые,
причем выбор того или иного вида утилизации
должен зависеть не только от вида отходов, но и
учитывать особенности природно-хозяйственных
зон для захоронений, а также положение и
обстановку страны в целом.
Источники




http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%
D0%B4%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%
8F
http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=2
22&d_no=52343&rated=ok#.Ut8h-BDHnIV
http://www.atomicenergy.ru/tema/nizkoaktivnye-rao
http://www.ng.ru/ng_energiya/2013-1112/14_utilize.html