Как се рециклират радиоактивни материали, без да попаднат в околната среда

Радиация(или лъчение) се нарича процесът на отделяне на позитрони, алфа или бета частици, от така наречените нестабилни изотопи – вариации на стабилните елементи. Откритието от науката в края на XIX век дава огромен тласък на редица технологии и сфери на живота.

След години на опити обаче става ясно, че радиоактивното лъчение изобщо не е безвредно за живите организми. Първите най-големи учени в тази сфера са пострадали сериозно в процеса на труда си от излагане на лъчение, включително семейството на пионерката Мари Кюри.

В края на 20-те години на миналия век става ясно, че от това се увеличава и рискът от онкологични заболявания. Поради това се налага да бъдат изработени стратегии и механизми за контрола на отпадъците от радиоактивни процеси така, че те да не попадат в околната среда.

Ще разгледаме какви са съвременните технологии за правилно обезопасяване и рециклиране на подобни материали, както и ще се запознаем с приетите стандарти у нас.

Можем ли да направим нещо с употребяваните радиоактивните материали и какво?

За щастие, радиоактивните материали са рециклируеми и част от тях може да влязат отново в употреба. Тоест при ядрените централи, например, остатъкът от горивото, което се използва в един реактор, може да бъде преработен и отново използван като ядрено гориво.

Разбира се, това не означава, че колкото уран или торий например сме използвали, толкова ще можем да преизползваме. За нас ще остане само част от горивния материал, но загубата не е толкова голяма. С помощта на съвременните технологии може да се рециклира над 90 процента от горивния материал.

Колко ядрено гориво можем да възпроизведем чрез рециклирането на радиоизотопи?

Потенциалът на радиоактивните отпадъци е толкова голям, че на практика те могат да бъдат използвани за захранването на огромна държава с размерите на Съединените американски щати в продължение на следващите 100 години.

В продължение на десетилетия Франция, например, разчита на този процес на рециклиране на ядрено гориво, за да генерира енергия. Според националната статистика на страната, благодарение на това към 2015 г. тя генерира едва 10 г радиоактивен отпадък годишно на глава от населението.

Колко ядрен отпадък ще се получи при използването на радиоактивни материали зависи от избора ни на горивен цикъл.

Какви са видовете ядрен горивен цикъл?

Така нареченият отворен или еднократен цикъл не е за препоръчване, тъй като реактивът, веднъж преминал през него, не може да бъде използван повече.

Прилагането на затворен горивен цикъл, при който ядреното гориво се рециклира неколкократно, е силно препоръчително в интерес на околната среда, а дори се оказва и по-икономично, що се отнася до суровината.

На практика разликата между отворен и затворен цикъл е в това, че вторият съдържа някои допълнителни етапи, като например обработка на използвания материал и неговото съхранение, докато настъпи моментът за новата употреба. Въпреки че е по-икономичен обаче, затвореният горивен цикъл е скъпа инвестиция, защото има нужда от преработвателни съоръжения за радиоактивния материал.

Как става преработването на гориво в затворения ядрен цикъл?

Химичната преработка на радиоактивния отпадък включва отделянето на неизползваните изотопи от продуктите на ядрено делене. Има разработени различни процеси за постигане на това.

Един от най-разпространените е методът „Пурекс“ – той се е превърнал на практика в международен стандарт. При него облъченият ядрен материал се разтваря в азотна киселина. След това уранът и плутоният се отделят от продуктите на деленето посредством екстракция с разтворител. За разтварянето се прилага трибутилфосфат, разреден в органичен разредител до концентрация 30 %.

Хранилища за радиоактивни материали

Ако не искаме да рециклираме изотопите, те се складират в специални хранилища, често под земята, където постепенно с течение на времето губят от своята радиоактивност. Това заравяне под земята се нарича „погребване“.

Други методи

В някои държави се прилагат и методи на потапяне на отпадъците дълбоко в открити води, където те или се взривяват, или са опаковани така, че да достигнат бързо дъното на океана и там да изтляват с времето. Това обаче не се е наложило като практика все още в България, а и е забранено също така от редица международни спогодби.

Кои са индустриите, в които възниква необходимост от рециклиране на радиоактивни материали?

Нужда от технология за рециклиране на радиоактивни материали възниква не само при производството на атомна енергия. Тя е необходима и в ядрената медицина, а също и в голям брой производствени дейности, в изследователската сфера, минното дело и др.

Заради сериозния риск при евентуални злоупотреби в повечето държави, както и у нас, има учреждение, което специално отговаря за съблюдаването наекологичните правила при рециклиранетона подобен отпадък. Специална нормативна база регламентира това как да управляваме ядрените отпадъци, когато подобна отговорност и задължение ни се вменява от факта, че генерираме такива.

Българската нормативна рамка разделя твърдия радиоактивен отпадък на три категории, като втората от тях има две подкатегории – а) и б).

• • Първата категория се наричат преходни и могат да бъдат обезопасени след до 5 години на съхранение.
• • Втората категория са кратко и дълго живеещи ниски и средни нива на радиоактивност
• • Tретата се отнася до високоактивните отпадъци.

Категория 2а може да се погребва както геоложки(на дълбочина над 100 м), така и повърхностно, докато втората подкатегория 2б и третата категория е предназначена само за геоложко погребване по закон.

Газообразните и течните отпадъци се класифицират по категории спрямо твърдите радиоактивни отпадъци, които ще се получат при процеса на кондициониране. „Разреждането“ на ядрен отпадък с цел попадането му в друга категория в България е забранено.

Известно е, че с времето радиоактивният материал губи от потенциала си. След като огромна част от него е рециклирана и влиза обратно в употреба, в отпадъка на практика не е останала и следа от радиоактивност и те са напълно безвредни.

При правилна изолация на отпадъчните материали, за необходимия период на полуразпад от време, те вече няма да представляват заплаха. В зависимост от категорията на отпадъка, той е в различна степен радиоактивен и съответно изисква различен период от време за погребване на радиоизотопите, за да предотвратим риск за околната среда.

Някои елементи имат изключително дълъг период на полуразпад. Ядрото на бисмут-209 се разпада в продължение на 2.01×10 на 19-а степен години.

При съблюдаването на правилата за управление на отпадъците от страна на генериращите ги физически или юридически лица намалява значително опасността от тях за природата и населението.