Захоронение  отработанных ИИИ: международные стандарты и их реализация в Украине

Источники ионизирующего излучения (ИИИ) все чаще применяются в различных сферах деятельности человека. В медицине — для диагностики и лечения онкологических и других заболеваний. В промышленности — для проверки целостности и плотности материалов, различных измерений и получения энергии от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов).

В геологии с помощью излучения проводят каротаж скважин и шахт при поиске полезных ископаемых или исследовании геологического строения местности. Ученым радиация необходимая для проведения исследований, аграриям — для измерения влажности почвы и стерилизации сельскохозяйственной продукции (зерно, овощи, фрукты и пр.). Датчики дыма старого образца содержат источники ионизирующего излучения, и их все еще можно встретить в старых промышленных зданиях.

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы

Если радионуклиды в ИИИ короткоживущие (условно — период их полураспада менее 10 суток, например, йод-131, технеций-99m и т. п.), то такой источник за короткое время перестает быть опасным для человека и окружающей среды. Поэтому после прекращения использования (отработки ресурса) с ИИИ проводят соответствующие подготовительные работы и утилизируют как бытовые отходы. Этот подход применяется к отработанных ИИИ (ОИИИ) в медицинской отрасли, и его регламентируют «Общие правила радиационной безопасности использования источников ионизирующего излучения в медицине» (2017).

Например, медицинские радиофармпрепараты (в том числе на основе упомянутых йода-131 и технеция-99m) выдерживаются в специальном отстойнике в течение периода полураспада. Далее их разбавляют водой в пропорции 1:10, после чего сливают в канализацию. При этом медицинское учреждение должно проводить радиационный контроль сточных вод, чтобы суммарный сброс радиоактивных веществ в водоем не превышал установленного допустимого уровня.

Блоки источников гамма-излучения

Если жидких радиоактивных веществ образуется более 200 литров в сутки, для них в заведении должна существовать отдельная канализация. Если меньше — вещества собирают в специальные емкости и выдерживают, пока их активность не снизится до уровней, достаточных для освобождения от регулирующего контроля. Такая же процедура предусмотрена и в том случае, если возможности разбавить эти вещества нерадионуклиднимы сточными водами нет.

Генераторы технеция медицинское учреждение должно после использования вернуть поставщику. При отсутствии такой возможности их выдерживают в специальных контейнерах в течение десяти периодов полураспада (1,5 — 2 месяца), после чего они более не несут радиоактивной опасности и утилизируются как обычные отходы.

Различные твердые отходы, на которых остаются следы радиофармпрепаратов (использованные шприцы, иглы, флаконы, салфетки, перчатки и пр.) собирают в отдельные контейнеры, пока емкость не будет заполнена. Далее такой контейнер герметично закупоривают и выдерживают до тех пор, пока мощность поглощенной в воздухе дозы на расстоянии 0,1 м от доступных частей поверхности контейнера не достигнет значений фонового излучения места его расположения.

Генератор технеция-99m ГТ-2м в стандартном и новом упаковочнных транспортных комплектах, медицинский защитный контейнер, набор флаконов для элюирования и сохранения стерильности. Источник: ippe.ru

Однако наличие в составе ИИИ долгоживущих радионуклидов не позволяет обращаться с ними, как с бытовыми отходами, а сроки использования таких источников (и с точки зрения безопасности, и с точки зрения функций), как правило, существенно меньшие, чем время, в течение которого они представляют опасность. Ориентировочный перечень самых распространенных долгоживущих радионуклидов, используемых в промышленности, медицине и в научных исследованиях, приведен в таблице:

Сферы применения закрытых (имеющих защитную облочку) ИИИ и использующиеся в них радиоизотопы

Применение Основной радионуклид Период полураспада
РИТЭГи 90Sr

238Pu

28,6 года

87,8 года

Медицина (дистанционная лучевая терапия, брахитерапия, ядерные кардиостимуляторы) 60Co

137Cs

192Ir

125І

226Ra

238Pu

5,4 года

30,1 года

74 дня

60 дней

1600 лет

87,8 года

Промышленная радиография 60Co

192Ir

75Se

169Yb

170Tm

5,3 года

74 дня

120 дней

32 дня

129 дней

Промышленные измерительные приборы 60Co

137Cs

252Cf

85Kr

241Am

244Cm

5,3 года

30,1 года

2,6 года

10,7 года

432 года

18,1 года

Научные исследования 241Am-Be

239Pu-Be

432 года

24100 лет

Геология (каротаж скважин / измерения влажности почвы) 137Cs

252Cf

30,1 года

2,6 года

Источник: Disposal Options for Disused Radioactive Sources. International Atomic Energy Agency. Vienna, 2005

Стратегия обращения с радиоактивными отходами в Украине (действует с 2010 года) предусматривает, что «государство способствует повторному использованию или переработке источников ионизирующего излучения, когда это практически возможно и совместимо с соображениями безопасности и сохранности». Но если возможности продлить срок эксплуатации или восстановить отработанный ИИИ нет, он подлежит захоронению как радиоактивные отходы (РАО), к которым его относит закон Украины «Об обращении с радиоактивными отходами» в последней редакции 2019 года. В отечественных «Общих положениях безопасности при обращении с радиоактивными отходами до их захоронения» (2017) указано, что ОИИИ переводятся в РАО как твердые отходы.

Международные рекомендации по захоронению ОИИИ, отнесенных к категории РАО

По оценкам МАГАТЭ, среди миллионов ИИИ, изготовленных в мире, около 20% относятся к отработанным. В мировой практике рассматривается несколько вариантов захоронения ОИИИ: или в хранилищах вместе с другими РАО, или в отдельных хранилищах, построенных именно для ИИИ. Однако последний вариант не исключает возможности размещения обоих хранилищ на одной площадке при определенных условиях.

Концептуальные варианты захоронения ОИИИ от МАГАТЭ 2а — Приповерхностное хранилище без инженерных барьеров; 2b — Приповерхностное хранилище с инженерными барьерами; 2с — Скважина или шахта небольшой глубины; 3а — Скважина или шахта средней глубины без инженерных барьеров; 3b — Скважина или шахта средней глубины с инженерными барьерами; 3 с — Хранилище для захоронения РАО на средних глубинах; 4а — Глубокая скважина или шахта без инженерных барьеров; 4b — Глубокая скважина или шахта с инженерными барьерами; 4c — Хранилище для захоронения РАО в глубоких геологических формациях (Токаревський О., Фузік К., Кондратьєв С. Алєксєєва З. Аналіз аспектів безпеки захоронення відпрацьованих джерел іонізуючого випромінювання, журнал «Ядерна і радіаційна безпека», International Atomic Energy Agency, Disposal Options for Disused Radioactive Sources. Technical Reports Series No. 436, Vienna, 2005)

Алгоритм обращения с ОИИИ предусматривает сначала потребность отнести отработанный источник к определенному классу РАО. «Когда ОИИИ становятся РАО, к ним должны применяться все принципы безопасности обращения с РАО», — пишут специалисты Государственного научно-технического центра по ядерной и радиационной безопасности (ГНТЦ ЯРБ) Алексей Токаревский, Екатерина Фузик, Сергей Кондратьев и Зоя Алексеева. «Сложность заключается в том, что подходы к классификации ИИИ и РАО существенно отличаются», — добавляет коллектив авторов.

Если речь идет о ИИИ, то их классифицируют по пяти категориям, в зависимости от риска для здоровья человека, который данный источник может составлять в случае потери над ним контроля. Самый высокий риск — 1-я категория, низкий, соответственно, — 5-я.

Классификация отработанных ИИИ

Класс

Риск опасности ИИИ

Примеры
1 Чрезвычайно опасные для человека РИТЭГи, панорамные излучатели
2 Очень опасные для человека Промышленные ИИИ для гамма-радиографии,

брахитерапевтические ИИИ с высоким / средним уровнем дозы

3 Опасные для человека Фиксированные промышленные измерительные приборы,

каротажные измерители

4 Вероятно безопасны для человека Костные денситометры,

датчики измерения уровней

5 Скорее всего безопасны для человека Постоянно вживленные источники,

молниеотводы

Источник: IAEA. Status and Trends in Spent Fuel and Radioactive Waste Management. Vienna, 2018

Подход к классификации РАО, согласно рекомендациям МАГАТЭ, иной. Их разделяют на классы согласно способу захоронения:

Класс Определение

Способ захоронения

Освобожденные отходы Отходы, соответствующие критериям чистоты, подлежащие освобождению или исключению из-под регуляторного контроля с целью радиационной защиты. Обычные свалки бытовых или промышленных отходов.
Очень короткоживущие отходы

(ОКО)

Отходы, которые можно хранить в течении ограниченого периода времени —  до нескольких лет, пока продолжается распад, с последующим освобождением из-под регуляторного контроля в соответствии с мероприятиями, утвержденными регуляторным органом для неконтролируемого захоронения, использования или удаления. Включают отходы преимущественно с радионуклидами, имеющими короткий период полураспада, зачастую научного или медицинского назначения. Обычные свалки бытовых или промышленных отходов.
Очень низкоактивные отходы

(ОНАО)

Необязательно удовлетворяют критерии для освобожденных отходов, но не требуют высокого уровня изоляции и герметизации. Сюда относятся почва и щебень с низкими уровнями концентрации активности. Концентрации долгоживущих радионуклидов в ОНАО в общем очень ограничены. Захоронение в приповерхностных хранилищах траншейного типа с ограниченным регуляторным контролем (в которых могут захороняться и другие виды опасных отходов). Барьеры таких хранилищ должны обеспечивать содержание и изоляцию РАО на срок не менее, чем 100 лет после закрытия хранилища. Продолжительность административного контроля не должна превышать 100 лет (а для хранилищ в зоне отчуждения — 300).
Низкоактивные отходы

(НАО)

Отходы, удельная активность которых превышает уровни освобождения от регулирующего контроля, однако содержащие ограниченное количество долгоживущих радионуклидов. Требуют надежной изоляции и герметизации на период до нескольких сотен лет. Класс может включать короткоживущие радионуклиды с высокими уровнями удельной активности, а также долгоживущие радионуклиды с относительно невысокими уровнями удельной активности. Захоронение в приповерхностных хранилищах с инженерными  барьерами (матрица, контейнер и пр. средства герметизации) на глубине до нескольких десятков метров, способных обеспечить содержание и изоляцию РАО не менее, чем в течение 300 лет после закрытия хранилища.
Среднеактивные отходы (САО) Отходы, которые могут содержать долгоживущие радионуклиды, в частности, выделяющие альфа-излучение и не распадающиеся до уровня удельной активности, приемлемой для приповерхностного захоронения в течение времени, когда над ними можно обеспечить институционный контроль. Захоронение на больших глубинах от десятков до нескольких сотен метров. Система барьеров хранилища должна обеспечить содержание и изоляцию РАО не менее нескольких тысяч лет после закрытия хранилища.
Высокоактивные отходы (ВАО) Отходы с достаточно высокими уровнями удельной активности, которые через процессы радиоактивного распада выделяют большое количество тепла, или отходы с высокими концентрациями долгоживущих радионуклидов. Общепризнанным способом захоронения является захоронение в стабильных геологических формациях глубиной в несколько сотен метров или более. Система барьеров должна быть способна обеспечить, с учетом тепловыделения вследствие естественного распада радионуклидов, содержание и изоляцию ВАО на длительный период после закрытия хранилища.
Источник: 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).

То есть, каждый конкретный ОИИИ нужно соотнести с определенным классом РАО, чтобы определить приемлемый способ его захоронения. Как это может происходить, иллюстрирует следующий график:

Схематический график применению классификации РАО к отработанным ИИИ

EW — освобожденные отходы, VSLW  — очень короткоживущие отходы, VLLW — очень низкоактивные отходы, LLW — низкоактивные отходы, IKW — среднеактивные отходы, HLW — высокоактивные отходы. Источник:  IAEA. Classification of Radioactive Waste for protecting people and the environment No. GSG-1

Характеристики ИИИ, использованных в графике

Обозначение на графике Период полурозпада Активность Объем Пример
i < 100 дней 100 МБк Малый Y-90, Au-198 (брахитерапия)
ii < 100 дней 5 ТБк Малый Ir-192 (брахитерапия)
iii < 15 лет < 10 МБк Малый Co-60, H-3 (тритиевые мишени), Kr-85
iv < 15 лет < 100 МБк Малый Co-60 (медицинские облучатели)
v < 30 лет < 1 МБк Малый Cs-137 (брахитерапия, датчики влажности)
vi < 30 лет < 1 ПБк Малый Cs-137 (медицинские облучатели), Sr-90 (денситометры, РИТЕГи)
v ii > 30 лет < 40 Мбк Малый,  но может вмещать большое количество источников (до десятков тысяч) Pu, Am, Ra (антистатические приборы)
viii > 30 лет < 10 Гбк Am-241, Ra-226 (калибромеры)

Реальные возможности захоронения ОИИИ в Украине

В Украине большинство отработанных ИИИ, не подлежащих восстановлению или возврату производителю, переводятся в категорию РАО и передаются на хранение в хранилища межобластных спецкомбинатов Государственного специализированного предприятия «Объединение Радон». По данным Главного информационно-аналитического центра учета РАО ГСП «Радон», по состоянию на 31.12.2019 в хранилищах межобластных спецкомбинатов ГСП хранилось 641 130 ОИИИ, отнесенных к РАО, суммарной активностью 2,71 1016 Бк. Основная часть этого объема постепенно накапливалась на площадках «Радона» от 1960-х годов.

Сейчас спецкомбинаты «Радона» перепрофилируются на пункты сбора и промежуточного контейнерного хранения ОИИИ. Согласно «Общих положений безопасности при обращении с радиоактивными отходами до их захоронения», на них предусмотрено такое обращение с ОИИИ:

  • сортировка для последующего раздельного хранения в зависимости от периода полураспада радионуклидов, типа излучения и активности;
  • размещение на хранение в специально предназначенных для этого упаковочных комплектах;
  • хранение ОИИИ отдельно от других РАО.

А для долгосрочного хранения в 2015 году на комплексе производств «Вектор» в Чернобыльской зоне отчуждения построили Централизованное хранилище отработанных источников ионизирующего излучения (ЦХОИИИ). В его функции входит прием, идентификация, характеризация, сортировка, обработка, паспортизация, кондиционирование и дальнейшее хранение ОИИИ закрытого типа, отнесенных к РАО.


Централизованное хранилище отработанных источников ионизирующего излучения. Фото: ГАЗО

В перспективе ЦХОИИИ сможет принять 500 000 единиц ИИИ совокупной активностью в 3,7⋅1016 Бк на срок 50 лет. Далее их следует будет переместить на захоронение в хранилища в соответствии с классом РАО, к которому они будут отнесены.

А пока организация-оператор, Центральное предприятие по обращению с радиоактивными отходами (ДСП «ЦПОРО»), проводит на объекте «горячие» испытания, чтобы доказать соответствие его всем необходимым критериям безопасности для обращения с РАО в форме ИИИ.

Если строить отдельное хранилище для захоронения исключительно ИИИ, то, по рекомендации МАГАТЭ, наиболее оптимальным вариантом его конструкции с точки зрения защиты, простоты и стоимости признают скважину. Хранилище такого типа может иметь различную глубину в зависимости от желаемого уровня изоляции и содержания, что соответствует требованиям аналогичным для НАО или САО. Однако на сегодняшний день планов создания отдельных хранилищ скважинного типа в Украине нет.

Если не брать во внимание хранилище «Буряковка», предназначенное исключительно для РАО чернобыльского происхождения, то система захоронения РАО в Украине представлена одним действующим объектом на КП «Вектор» — специально оборудованным приповерхностным хранилищем твердых радиоактивных отходов (СОПХТРО), которое эксплуатируется с 2008 года. Хранилище спроектировано для захоронения 55 000 м3 низкоактивных РАО (по новой украинской классификации), но пока оно имеет лицензию Госатомрегулирования на эксплуатацию 2-х отсеков из 22-х.

Расположение объектов обращения с радиоактивными отходами в Чернобыльськой зоне. Серым цветом обозначен комплекс производств «Вектор»

Также на КВ «Вектор» на завершающей стадии строительства (планируется проведение приемочных испытаний систем и оборудования) находятся два других приповерхностных хранилища для захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРО) общей вместимостью 19 200м3: ТРО-1 — хранилище для захоронения в железобетонных контейнерах короткоживущих низко- и среднеактивных РАО (приемная способность 9800 м3) и ТРО-2 — хранилище для захоронения короткоживущих низко- и среднеактивных крупногабаритных, сыпучих РАО, РАО в бочках, крафт-мешках (формообразующей упаковке), контейнерах типа «клеть» (9400 м3).


«Вектор» комплекс производств по дезактивации, транспортировке, переработке и захоронению РАО. Фото: ГАЗО

Однако проблему захоронения ОИИИ приповерхностные хранилища решают не полностью. Прежде всего, как показывают результаты «горячих» испытаний ЦХОИИИ на примере источников с кобальтом-60 и цезием-137, уровни активности упаковок не соответствуют критериям приема приповерхностных хранилищ на момент закрытия хранилища. К тому же, тип упаковок, в которых предполагается кондиционировать отработанные источники на ЦХОИИИ, подходит для захоронения не у всех существующих и проектируемых хранилищах «Вектора».

СОПХТРО рассчитано на захоронение РАО в упаковках КТС-3,0 (железобетонные контейнеры) и 200-литровых бочках. ТРО-1 — только в железобетонных контейнерах. А в эти типы упаковок кондиционирования источников на ЦХОИИИ не предусмотривают. Единственным хранилищем из вышеупомянутых, которое теоретически могло бы принять упаковки с ОИИИ, это ТРО-2, где предусмотрено размещение РАО навалом при условии, что они будут соответствовать критериям приема этого хранилища

На ЦХОИИИ перед кондиционированием ОИИИ сортируют в соответствии с критериями, которые учитывают дальнейшие варианты захоронения. А. Токаревский и коллеги приводят три вида ОИИИ, разделение на которые предусмотрено критериями сортировки во время «горячих» испытаний:

  • ОИИИ в упаковке, удовлетворяющей критерии приемки в приповерхностное хранилище на момент формирования упаковки (вид А);
  • ОИИИ в упаковке, которая будет удовлетворять критерии приемки в приповерхностное хранилище на момент закрытия ЦХОИИИ (вид Б)
  • ОИИИ в упаковке, которая не будет удовлетворять критерии приемки в приповерхностное хранилище на момент закрытия ЦХОИИИ (вид В).

«Горячая» камера ЦХОИИИ

Перспективы геологического захоронения

Однако рано или поздно глубокие геологические хранилища строить придется, поскольку определенные классы РАО (и в том числе в форме ОИИИ) можно безопасно захоронить только там. Тем более, что Стратегия обращения с РАО прямо предусматривает необходимость сооружения такого хранилища.

В документах МАГАТЭ идет речь о создании подземных хранилищ в виде шахт глубиной 200-1000 м или скважин — 3-5 км. Барьерами для радиации в таком хранилище будут собственно природные залежи гранита, глины, соли и т.д., а также инженерные барьеры. Такая глубокоэшелонированная защита позволит обеспечить изоляцию РАО на тысячи и более лет.

Однако создание такого хранилища связано с большими затратами времени на подготовку, проектирование и само строительство, а также, очевидно, немалыми  финансовыми вложениями.

Финское глубокое геологическое хранилище отработанного ядерного топлива Онкало, которе готовиться к вводу в эксплуатацию в 2020 году

В Украине проект создания конкретного геологического хранилища пока не разработан. С 1993 года специалисты геологической службы, Института геологии НАНУ совместно с органами регулирования в сфере ядерной и радиационной безопасности и международными организациями проводили поиски подходящего места для сооружения такого хранилища. Скрининг соленосных, глинистых, кристаллических формаций и отработанной железорудной шахты «Саксагань» (г. Кривой Рог) показал, что наиболее обоснованной локацией является кристаллические породы в Чернобыльской зоне отчуждения или вблизи нее.

Среди преимуществ именно этой территории заместитель диретора Института геологических наук Национальной академии наук Украины Стелла Шехунова называет наличие «чернобыльских» РАО; инфраструктуры для других РАО и отработанного ядерного топлива, которая развивается; отсутствие постоянного населения; благоприятные защитные свойства вмещающих пород и перекрывающей толщи.

Сейчас определены три перспективные участки для поисков площадки под глубинное хранилище (см. рисунок): Жовтневая (юго-западные районы ЧЗО), Вереснянская (за пределами ЧЗО, прилегающая  к зоне) и Новосилки (районы к югу от города Припяти). Но полевые исследования непосредственно на местах и дальнейшие шаги по окончательному выбору площадки еще впереди. После завершения выбора площадки, на проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию хранилища в стабильных глубоких геологических формациях Стратегия обращения с РАО отводит до 30 лет. Правда, есть большие сомнения, что Украинское государство справится с задачей в срок.

«Можно предположить, что все упаковки РАО в форме ОИИИ, активность которых будет превышать предельные значения, установленные в условиях приема РАО на захоронение в приповерхностные хранилища, будут направляться на захоронение в хранилище в глубоких геологических формациях», — прогнозирует А. Токаревский с соавторами.


Схема расположения в Чернобыльской зоне отчуждения перспективных участков для дальнейших работ по определению площадок для глубинного геологического хранилища, приводимая Стеллой Шехуновой: 1 Жовтневая, 2 Вереснянская, 3 Новоселки

Итак, Украина имеет большой объем ОИИИ, как современных, так и тех, которые достались в наследство от СССР. Большинство из них переданы в предприятие «Радон» и отнесены к категории РАО, а значит их захоронение предусмотрено по тем же критериям.

Поскольку ОИИИ имеют свои отличия от других типов РАО, в частности, высокую удельную активность, крайне важно обеспечить безопасное обращение с ОИИИ, переведенными в категорию РАО на всех этапах, в том числе на этапе захоронения. При этом, в настоящее время четко не определены конкретные хранилища, в которых будут захороняться ОИИИ, а также не определены критерии удовлетворительности для приема вдов на захоронение.

На сегодня ближайшей перспективой является завершение ввода в эксплуатацию ЦХОИИИ и передача туда ОИИИ со спецкомбинатов ГСП «Радон» с соблюдением всех требований ядерной и радиационной безопасности. В течение 50-летнего срока эксплуатации ЦХОИИИ нужно разработать комплексный подход к безопасному их захоронению, прежде всего усовершенствовать сортировку ОИИИ с учетом будущего захоронения, определить  конкретные хранилища для этого и критерии принятия ОИИИ.

От редакции:

А пока нужно работать над тем, чтобы ОИИИ с соблюдением всех мер безопасности попадали в спецпредприятия «Объединение Радон» и далее — на ЦХОИИИ. Особое внимание следует обратить на поиск потерянных ИИИ, которые оказались вне контроля регулирующего органа из-за упадка тех или иных предприятий, ликвидации организаций. Помочь специалистам может каждый, кто знает о местонахождении такого источника, тем более, что добровольная сдача радиоактивного предмета не преследуется по закону. О том, что делать и к кому обращаться, можно узнать на сайте проекта «КРОК к безопасности».

Редакція вебсайту Uatom.org.

Читайте также:

Обращение с РАО в форме ИИИ на ГСП «Радон»

Как в Швеции работает система обращения с радиоактивными материалами