Захоронення відпрацьованих ДІВ: міжнародні стандарти та їх реалізація в Україні

27/08/2020

Джерела іонізуючого випромінювання (ДІВ) дедалі більше застосовуються в різних сферах діяльності людини. У медицині — для діагностики та лікування онкологічних та інших захворювань. У промисловості — для перевірки цілісності та щільності матеріалів, різноманітних вимірювань і отримання енергії від радіоізотопних термоелектричних генераторів (РІТЕГів).

У геології за допомогою випромінювання проводять каротаж свердловин і шахт під час пошуку корисних копалин чи дослідження геологічної будови місцевості. Науковцям радіація необхідна для проведення досліджень, аграріям — для вимірювання вологості ґрунту і стерилізації сільськогосподарської продукції (зерно, овочі, фрукти тощо). Джерела іонізуючого випромінювання містять датчики диму старого зразка, які ще можна зустріти в старих промислових будівлях.

Якщо радіонукліди в ДІВ короткоживучі (умовно — період їх напіврозпаду менший за 10 діб, наприклад йод-131, технецій-99m тощо), то таке джерело за короткий час перестає бути небезпечним для людини й довкілля. Тож після припинення використання (відпрацювання ресурсу) з ДІВ проводять відповідні підготовчі роботи й утилізують як побутові відходи. Цей підхід застосовується до відпрацьованих ДІВ (ВДІВ) у медичній галузі, і його регламентують «Загальні правила радіаційної безпеки використання джерел іонізуючого випромінювання в медицині» (2017 рік).

Наприклад, медичні радіофармпрепарати (в тому числі на основі згаданих йоду-131 і технецію-99m) витримуються у спеціальному відстійнику протягом періоду напіврозпаду. Відтак їх розбавляють водою в пропорції 1:10, після чого зливають у каналізацію. При цьому медичний заклад має проводити радіаційний контроль стічних вод, щоб сумарний скид радіоактивних речовин у водойму не перевищував встановленого допустимого рівня.

Якщо рідких радіоактивних речовин утворюється більше 200 літрів на добу, для них у закладі повинна існувати окрема каналізація. Якщо менше — речовини збирають у спеціальні ємності та витримують, доки їх активність не знизиться до рівнів звільнення від регулюючого контролю. Така ж процедура передбачена у випадку, якщо можливості розбавити ці речовини нерадіонуклідними стічними водами немає.

Генератори технецію медична установа повинна після використання повернути постачальнику. За відсутності такої можливості їх витримують у спеціальних контейнерах протягом десяти періодів напіврозпаду (1,5 – 2 місяці), після чого вони стають нерадіоактивними матеріалами і утилізуються як звичайні відходи.

Різноманітні тверді відходи, на яких залишаються сліди радіофармпрепаратів (використані шприци, голки, флакони, серветки, рукавички тощо) збирають в окремі контейнери, поки ємність не буде заповнена. Далі контейнер герметично закривається та витримується доти, доки потужність поглиненої в повітрі дози на відстані 0,1 м від доступних частин поверхні контейнера не перевищуватиме значень фонового випромінювання місця його розташування.

Однак наявність у складі ДІВ довгоживучих радіонуклідів не дозволяє поводитися з ними, як із побутовими відходами, бо як правило, терміни використання таких джерел (і з точки зору безпеки, і з точки зору функцій) суттєво менші, ніж  час, протягом якого вони становлять небезпеку. Орієнтовний перелік найпоширеніших довгоживучих радіонуклідів, які використовуються в промисловості, медицині та в наукових дослідженнях, наведений у таблиці:

Сфери застосування закритих (у захисній оболонці) ДІВ і радіоізотопи, які в них використовуються
Застосування	Основний радіонуклід	Період напіврозпаду
РІТЕГи	90Sr 238Pu	28,6 року 87,8 року
Медицина (дистанційна радіотерапія, брахітерапія, ядерні кардіостимулятори)	60Co 137Cs 192Ir 125І 226Ra 238Pu	5,4 року 30,1 року 74 дні 60 днів 1600 років 87,8 року
Промислова радіографія	60Co 192Ir 75Se 169Yb 170Tm	5,3 року 74 дні 120 днів 32 дні 129 днів
Промислові вимірювальні прилади	60Co 137Cs 252Cf 85Kr 241Am 244Cm	5,3 року 30,1 року 2,6 року 10,7 року 432 роки 18,1 року
Наукові дослідження	241Am-Be 239Pu-Be	432 роки 24100 років
Геологія (каротаж свердловин/вимірювання вологості ґрунту)	137Cs 252Cf	30,1 року 2,6 року
Джерело: Disposal Options for Disused Radioactive Sources. International Atomic Energy Agency. Vienna, 2005

Стратегія поводження з радіоактивними відходами в Україні (діє з 2010 року) передбачає, що «держава сприяє повторному використанню або переробці джерел іонізуючого випромінювання, коли це є практично можливим та сумісним з точки зору безпеки та збереженості». Та якщо можливості продовжити термін експлуатації чи відновити відпрацьоване ДІВ (ВДІВ) немає, воно підлягає захороненню як радіоактивні відходи (РАВ), до яких його відносить закон України «Про поводження з радіоактивними відходами» в останній редакції 2019 року. У вітчизняних «Загальних положеннях безпеки при поводженні з радіоактивними відходами до їх захоронення» (2017 рік) зазначено, що ВДІВ переводяться до РАВ як тверді відходи.

Міжнародні рекомендації щодо захоронення ВДІВ, віднесених до категорії РАВ

За оцінками МАГАТЕ, з-поміж мільйонів ДІВ, виготовлених у світі, близько 20% відносяться до відпрацьованих. У світовій практиці розглядається кілька варіантів захоронення ВДІВ: або у сховищах разом із іншими РАВ, або в окремих сховищах, побудованих конкретно для ДІВ. Проте останній варіант не виключає можливості розміщення обох сховищ на одному майданчику за певних умов.

Алгоритм поводження з ВДІВ передбачає спершу потребу віднести відпрацьоване джерело до певного класу РАВ. «Коли ВДІВ стають РАВ, до них мають застосовуватися всі принципи безпеки поводження з РАВ», — пишуть фахівці Державного науково-технічного центру з ядерної і радіаційної безпеки (ДНТЦ ЯРБ) Олексій Токаревський, Катерина Фузік, Сергій Кондратьєв і Зоя Алєксєєва. «Складність полягає в тому, що підходи до класифікації ДІВ та РАВ суттєво відмінні», — додає колектив авторів.

Якщо йдеться про ДІВ, то їх класифікують за п’ятьма категоріями у залежності від ризику для здоров’я людини, який дане джерело може становити в разі втрати над ним контролю. Найвищий ризик — 1-ша категорія, найнижчий, відповідно, — 5-та.

	Класифікація відпрацьованих ДІВ
Клас	Ризик небезпеки ДІВ	Приклади
1	Надзвичайно небезпечні для людини	РІТЕГи, панорамні випромінювачі
2	Дуже небезпечні для людини	Промислові ДІВ для гамма-радіографії, брахітерапевтичні ДІВ з високим/середнім рівнем дози
3	Небезпечні для людини	Фіксовані промислові вимірювальні прилади, каротажні вимірювачі
4	Імовірно безпечні для людини	Кісткові денситометри, датчики вимірювання рівнів
5	Найімовірніше безпечні для людини	Постійні вживлені джерела, блискавковідводи
Джерело: IAEA. Status and Trends in Spent Fuel and Radioactive Waste Management. Vienna, 2018

Підхід до класифікації РАВ, згідно з рекомендаціями МАГАТЕ, інакший. Їх розділяють на класи відповідно до способу захоронення:

Клас	Визначення	Спосіб захоронення
Звільнені відходи	відходи, які відповідають критеріям чистоти, звільнення або виключення з-під регуляторного контролю з метою радіаційного захисту.	Звичайні звалища побутових або промислових відходів.
Дуже короткоіснуючі відходи (ДКВ)	відходи, які можна зберігати обмежений період до кількох років, поки триває розпад, з наступним звільненням з-під регуляторного контролю відповідно до заходів, затверджених регуляторним органом для неконтрольованого захоронення, використання чи видалення. Включають відходи  переважно з радіонуклідами з короткими періодами напіврозпаду здебільшого наукового чи медичного призначення.	Звичайні звалища побутових або промислових відходів.
Дуже низькоактивні відходи (ДНАВ)	необов’язково задовольняють критерії для звільнених відходів, але не вимагають високого рівня ізоляції і герметизації. Сюди належать: ґрунт і щебінь з низькими рівнями концентрації активності. Концентрації довгоживучих радіонуклідів у ДНАВ загалом дуже обмежені.	Захоронення у приповерхневих сховищах траншейного типу з обмеженим регуляторним контролем (у яких можуть захоронюватися й інші види небезпечних відходів). Бар’єри таких сховищ повинні забезпечувати утримання та ізоляцію РАВ на строк не менший, ніж 100 років після закриття сховища. Тривалість адміністративного контролю не має перевищувати 100 років (а для сховищ у зоні відчуження — 300).
Низькоактивні відходи (НАВ)	відходи, питома активність яких перевищує рівні звільнення від регулюючого контролю, проте які містять обмежену кількість довгоживучих радіонуклідів. Вимагають надійної ізоляції й герметизації на період до кількох сотень років. Клас може включати короткоіснуючі радіонукліди з високими рівнями питомої активності, а також довгоживучі радіонукліди з відносно невисокими рівнями питомої активності.	Захоронення у приповерхневих сховищах з інженерними бар’єрами (матриця, контейнер, інші засоби герметизації) на глибині до кількох десятків метрів, здатних забезпечити утримання та ізоляцію РАВ не менше, ніж протягом 300 років після закриття сховища.
Середньоактивні відходи (САВ)	відходи які можуть містити довгоживучі радіонукліди, зокрема, які виділяють альфа-випромінювання і не розпадаються до рівня питомої активності, прийнятного для приповерхневого захоронення впродовж часу, коли над ними можна забезпечити інституційний контроль.	Захоронення на більших глибинах від десятків до кількох сотень метрів. Система бар’єрів сховища повинна забезпечити утримання та ізоляцію РАВ не менше, ніж кілька тисяч років після закриття сховища.
Високоактивні відходи (ВАВ)	відходи з достатньо високими рівнями питомої активності, які через процеси радіоактивного розпаду виділяють велику кількість тепла, або відходи з високими концентраціями довгоживучих радіонуклідів.	Загальновизнаним способом захоронення є захоронення у стабільних геологічних формаціях завглибшки кілька сотень метрів або більше. Система бар’єрів повинна бути здатною забезпечити з урахуванням тепловиділення внаслідок природного розпаду радіонуклідів утримання та ізоляцію РАВ на довгостроковий період після закриття сховища.
Джерело: International Atomic Energy Agency, Classification of Radioactive Waste, IAEA Safety Standards Series No. GSG-1, IAEA, Vienna (2009). Загальні положення безпеки при захороненні радіоактивних відходів (2018).

Тобто, кожне конкретне ВДІВ потрібно співвіднести з певним класом РАВ, щоб визначити прийнятний спосіб його захоронення. Як це може відбуватися, ілюструє наступний графік:

Схематичний графік застосування класифікації РАВ до відпрацьованих ДІВ

Характеристики ДІВ, використаних у графіку
Позначення на графіку	Період напіврозпаду	Активність	Об’єм	Приклад
i	< 100 днів	100 МБк	Малий	Y-90, Au-198 (брахітерапія)
ii	< 100 днів	5 ТБк	Малий	Ir-192 (брахітерапія)
iii	< 15 років	< 10 МБк	Малий	Co-60, H-3 (тритієві мішені), Kr-85
iv	< 15 років	< 100 МБк	Малий	Co-60 (медичні опромінювачі)
v	< 30 років	< 1 МБк	Малий	Cs-137 (брахітерапія, датчики вологості)
vi	< 30 років	< 1 ПБк	Малий	Cs-137 (медичні опромінювачі), Sr-90 (денситометри, РІТЕГи)
v ii	> 30 років	< 40 Мбк	Малий, але може містити велику кількість джерел (до десятків тисяч)	Pu, Am, Ra (антистатичні прилади)
viii	> 30 років	< 10 Гбк		Am-241, Ra-226 (каліброміри)

Які є реальні можливості захоронення ВДІВ в Україні

В Україні більшість відпрацьованих ДІВ, які не підлягають відновленню або поверненню виробнику, переводяться до категорії РАВ і передаються на зберігання на сховища міжобласних спецкомбінатів Державного спеціалізованого підприємства «Об’єднання Радон». За даними Головного інформаційно-аналітичного центру обліку РАВ ДСП «Радон», станом на 31.12.2019 в сховищах міжобласних спецкомбінатів ДСП «Об’єднання Радон» зберігалося 641 130 ВДІВ, віднесених до РАВ, сумарною активністю 2,71·10¹⁶ Бк. Основна частина цього обсягу поступово накопичувалася на майданчиках «Радону» від 1960‑х років.

Зараз спецкомбінати «Радону» перепрофільовуються на пункти збору і проміжного контейнерного зберігання ВДІВ. Згідно із «Загальними положеннями безпеки при поводженні з радіоактивними відходами до їх захоронення», на них передбачене таке поводження з ВДІВ:

• сортування для роздільного зберігання залежно від періоду напіврозпаду радіонуклідів, типу випромінювання та активності;
• розміщення для зберігання у спеціально призначених для цього пакувальних комплектах;
• зберігання ВДІВ окремо від інших РАВ.

А для довгострокового зберігання у 2015 році на комплексі виробництв «Вектор» у Чорнобильській зоні відчуження побудували Централізоване сховище відпрацьованих джерел іонізуючого випромінювання (ЦСВДІВ). До його функцій належить приймання, ідентифікація, характеризація, сортування, обробка, паспортизація, кондиціювання та подальше зберігання ВДІВ закритого типу, які віднесені до РАВ.

У перспективі ЦСВДІВ зможе прийняти 500 тисяч одиниць ДІВ сукупною активністю до 3.7⋅10¹⁶ Бк на термін 50 років. Відтак усе одно їх потрібно буде перемістити на захоронення у сховища відповідно до класу РАВ, до якого вони будуть віднесені.

А поки організація-оператор, Центральне підприємство з поводження з радіоактивними відходами (ДСП «ЦППРВ»), проводить на об’єкті «гарячі» випробування, щоб довести відповідність його всім необхідним критеріям безпеки для поводження з РАВ у формі ВДІВ.

Якщо будувати окреме сховище для захоронення винятково ВДІВ, то рекомендації МАГАТЕ найбільш оптимальним варіантом його конструкції з точки зору захисту, простоти й вартості визнають свердловину. Сховище такого типу може мати різну глибину в залежності від бажаного рівня ізоляції й утримання, що відповідає вимогам аналогічним для НАВ чи САВ. Проте на сьогоднішній день планів створення окремих сховищ свердловинного типу в Україні немає.

Якщо не рахувати сховище «Буряківка», призначеного винятково для РАВ чорнобильського походження, то система захоронення РАВ в Україні представлена одним діючим об’єктом на КВ «Вектор» — Спеціально обладнаним приповерхневим сховищем твердих радіоактивних відходів  (СОПСТРВ), яке експлуатується з 2008 року. Сховище спроєктоване, щоб прийняти на захоронення 55 тисяч м³ низькоактивних РАВ (за новою українською класифікацією), але наразі воно має ліцензію Держатомрегулювання на експлуатацію 2-х відсіків з-поміж 22-х.

Також на КВ «Вектор» на завершальній стадії будівництва (плануються проведення приймальних випробувань систем та обладнання) перебувають два інших приповерхневих сховища для захоронення твердих радіоактивних відходів (ТРВ) загальною місткістю 19 200м³: ТРВ-1 – сховище для захоронення у залізобетонних контейнерах короткоживучих низько- та середньоактивних РАВ (приймальна здатність 9800 м³) та ТРВ-2 — сховище для захоронення короткоживучих низько- та середньоактивних великогабаритних, сипучих РАВ , РАВ в бочках, крафт-мішках (формоутворюючій упаковці), контейнерах типу «кліть» (9400 м³).

Однак проблему захоронення ВДІВ приповерхневі сховища вирішують не повністю. Передусім, як показують результати «гарячих» випробувань ЦСВДІВ на прикладі джерел із кобальтом-60 і цезієм-137, рівні активності упаковок не відповідатимуть критеріям приймання приповерхневих сховищ на момент закриття сховища.

 До того ж, тип упаковок, у який передбачається кондиціонувати відпрацьовані джерела на ЦСВДІВ, підходить для захоронення не у всіх наявних і проектованих сховищах «Вектора». СОПСТРВ розраховане на захоронення РАВ в упаковках КТЗ-3,0 (залізобетонні контейнери) і 200-літрових бочках. ТРВ-1  — лише в залізобетонних контейнерах. А в ці типи упаковок кондиціонування джерел на ЦСВДІВ не передбачені. Єдиним сховищем з вищезазначених, яке теоретично могло б прийняти упаковки з ВДІВами, це ТРВ-2, де передбачено розміщення РАВ навалом. І то, якщо вони відповідатимуть критеріям приймання цього сховища.

На ЦСВДІВ перед кондиціонуванням ВДІВ сортують відповідно до критеріїв, які враховують подальші варіанти захоронення. О. Токаревський і колеги наводять три види ВДІВ, поділ на які передбачений критеріями сортування під час «гарячих» випробувань:

• ВДІВ в упаковці, які задовольняють критерії приймання до приповерхневого сховища на момент формування упаковки (вид А);
• ВДІВ в упаковці, які будуть задовольняти критерії приймання до приповерхневого сховища на момент закриття ЦСВДІВ (вид Б );
• ВДІВ в упаковці, які не будуть задовольняти критерії приймання до приповерхневого сховища на момент закриття ЦСВДІВ (вид В).

І результати випробувань показують, що пробні зразки упаковок із ВДІВ з ізотопами цезію-137 і кобальту-60 належать до виду В, тобто задовольняти критерії приймання до приповерхневого сховища на момент закриття ЦСВДІВ вони не будуть.

«Тому можна передбачити, — пишуть співробітники ДНТЦ ЯРБ, — що, в разі подальшого застосування існуючих критеріїв сортування ВДІВ, переважна більшість упаковок ВДІВ з ЦСВДІВ потребуватиме захоронення в глибоких геологічних формаціях. Така перспектива є небажаною, оскільки вартість захоронення в глибоких геологічних формаціях є дуже високою і прямо залежить від об’єму сховища та глибини захоронення».

Отже, роблять висновок фахівці, зараз важливо реалістично оцінити можливість захоронення ВДІВ у приповерхневих сховищах, передусім — точного визначення їх питомої активності на довгостроковий період.

Перспективи геологічного захоронення

Проте рано чи пізно глибокі геологічні сховища будувати доведеться, оскільки певні класи РАВ (і в тому числі у формі ВДІВ) можливо безпечно захоронити тільки там. Тим більше, що Стратегія поводження з РАВ прямо передбачає необхідність побудови такого сховища.

У документах МАГАТЕ йдеться про створення підземних сховищ у вигляді шахт завглибшки 200—1000 м чи свердловин — 3-5 км. Бар’єрами для радіації у такому сховищі будуть власне природні поклади — граніту, глини, солі, тощо, а також інженерні бар’єри. Глибокоешелонований захист дозволить забезпечити ізоляцію РАВ на тисячі років і більше.

Однак створення такого сховища пов’язане з великими витратами часу на підготовку, проектування і саме спорудження, а також, очевидно, чималих фінансових ресурсів.

Як виглядає всередині глибоке геологічне сховище для відпрацьованого ядерного палива Онкало (Фінляндія)

В Україні конкретного проєкту створення геологічного сховища ще не розробили. Від 1993 року фахівці геологічної служби, Інституту геології НАНУ спільно з органами регулювання у сфері ядерної і радіаційної безпеки та міжнародними організаціями проводили пошуки придатного місця для такого сховища. Скринінг соленосних, глинистих, кристалічних формацій і відпрацьованої залізорудної шахти «Саксагань» (м. Кривий Ріг) показав, що найбільш обґрунтованою локацією є кристалічні породи в Чорнобильській зоні відчуження або поблизу неї.

Серед переваг саме цієї території заступник директора Інституту геологічних наук НАН України Стелла Шехунова називає наявність «чорнобильських» РАВ; інфраструктури для інших РАВ і відпрацьованого ядерного палива, яка розвивається; відсутність постійного населення; сприятливі захисні властивості вміщуючих порід та перекриваючої товщі.

Наразі є три визначені перспективні ділянки для пошуків майданчика під глибинне сховище (див. рисунок): Жовтнева (південно-західні райони ЧЗВ) й Вереснянська (за межами ЧЗВ, яка прилягає до зони) і Новосілки (райони на південь від міста Прип’яті). Але польові дослідження безпосередньо на місцях і подальші кроки щодо остаточного вибору майданчика ще попереду. Після завершення вибору майданчика, на проектування, будівництво й введення в експлуатацію сховища у стабільних глибоких геологічних формаціях Стратегія поводження з РАВ відводить до 30 років. Правда, є великі сумніви, що Українська держава впорається із завданням за цей термін.

«Можна припустити, що всі упаковки РАВ у формі ВДІВ, активність яких буде перевищувати граничні значення, встановлені в критеріях приймання РАВ на захоронення в приповерхневі сховища, будуть спрямовуватися на захоронення до сховища в глибоких геологічних формаціях», — прогнозує О. Токаревський зі співавторами.

Отже, Україна має великий обсяг відпрацьованих ДІВ, як сучасних, так і тих, які дісталися у спадщину від СРСР. Більшість із них передані до підприємства «Радон» і віднесені до категорії РАВ, а отже  їхнє захоронення передбачене за тими ж критеріями.

Оскільки ВДІВ мають свої відмінності від інших типів РАВ, зокрема, високу питому активність, вкрай важливо забезпечити безпечне поводження з ВДІВ, переведених до категорії РАВ, на всіх етапах, в тому числі на етапі захоронення. При тому, наразі чітко не визначені конкретні сховища, в яких будуть захоронюватися ВДІВ, а також не визначені критерії прийнятності для приймання ВДІВ на захоронення.

На сьогодні найближчою перспективою є завершення введення в експлуатацію ЦСВДІВ й передача туди ВДІВ із спецкомбінатів ДСП «Радон» з дотриманням усіх вимог ядерної і радіаційної безпеки. Протягом 50-річного терміну експлуатації ЦСВДІВ потрібно розробити комплексний підхід до безпечного їх захоронення, передусім: удосконалення сортування ВДІВ з урахуванням майбутнього захоронення, визначення конкретних сховищ для цього і критеріїв приймання ВДІВ.

Від редакції:

А поки потрібно працювати над тим, щоб відпрацьовані ДІВ з дотриманням усіх заходів безпеки потрапляли до спецпідприємства “Об’єднання Радон” і далі на ЦСВДІВ. Особливу увагу слід звернути на пошук втрачених ДІВ, які опинилися поза контролем регулюючого органу через занепад тих чи інших підприємств, ліквідацію організацій тощо. Допомогти фахівцям може кожен, хто знає про місцезнаходження такого джерела, тим більше, що добровільна здача радіоактивного предмета не переслідується за законом. Про те, що робити і до кого звертатися, можна дізнатися на сайті проекту “КРОК до безпеки”.    

Редакція вебсайту Uatom.org.

Читайте також:

Поводження з РАВ у формі ДІВ на ДСП «Радон»

Як у Швеції працює система поводження з радіоактивними матеріалами