Ядерный топливный цикл включает в себя добычу урановой руды и извлечение из нее урана, переработку сырья в готовое ядерное топливо, транспортировку и химическую регенерацию отработанного топлива, очистку последнего от радиоактивных отходов и примесей, а затем захоронение отходов.
Отходы являются главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с развитием ядерной энергетики.
Половину от общего количества урановой руды добывают открытым способом. Затем ее обогащают на фабрике, обычно расположенной неподалеку. Фабрики и создают проблему долговременного загрязнения, образуя огромное количество отходов, которые будут радиоактивны миллионы лет.
По оценкам различных авторов к 2000 году в мире накопится 200 тысяч тонн урана, в тоже время мощности по переработке отходов рассчитаны лишь на 50 тысяч тонн.
В результате переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, но они дают относительно небольшой вклад в дозы облучения по сравнению с другими этапами топливного цикла.
После обогащения ядерное топливо готово для сжигания. Величина радиоактивных выбросов при этом зависит от типа реактора и колеблется в широких пределах.
Выбросы могут существенно различаться при работе одного и того же реактора в различные годы в зависимости от текущих ремонтных работ, во время которых и происходит большая часть' выбросов.
Часть отработанного ядерного топлива направляется на переработку. В настоящее время это 10% использованного ядерного топлива.
Последний этап топливного ядерного цикла - захоронение высокоактивных отходов, которые представляют наибольшую опасность для экологии. Цикл захоронения требует огромных средств, нуждается в совершенстве технологии утилизации отходов.
В качестве ядерных отходов следует рассматривать и сами ядерные электростанции отслужившие свой срок. В настоящее время ряд блоков в Западной и Восточной Европе подходят к критическим срокам своего существования, поэтому этот вопрос сегодня также актуален, так как демонтировать АЭС сложнее, чем ее построить, и технология демонтажа еще не отработана.
Годовая коллективная эффективная доза облучения от всего ядерного цикла в 1980 году составила 500 чел.-Зв. Ожидается что к 2100 году она возрастет до 200000 чел.-Зв. Эта оценка основана на предположении, что нынешний уровень выбросов сохранится. Но даже и в этом случае, средние дозы будут малы по сравнению с дозами, получаемыми от внешних источников, в 2100 году они составят лишь 1% от естественного фона, хотя с учетом техногенных катастроф на атомных станциях и, в особенности, на Чернобыльской АЭС это соотношение существенно изменится.
На сегодняшний день в разрушенном 4-ом блоке Чернобыльской АЭС находится 50 т урана. Уран находится в застывшей лаве селикатного вещества при температуре 50-100°С, которая расплавила два железобетонных перекрытия. По оценкам специалистов 120 т урана находится между разрушенным 4 блоком и саркофагом. Около 40 т высокорадиоактивной смеси из уранового топлива, графита, бетона находится в шахте разрушенного реактора.
Сам саркофаг находится в аварийном состоянии и срок его > службы по предварительным оценкам — около 5 лет. Бетонное укрытие вокруг 4-го блока имеет трещины около 1000 м2. Верхнее бетонное перекрытие нарушено и в случае экстремальной ситуации 40 т радиоактивной пыли поднимается вверх.
В связи с этим необходимо проводить ежедневный радиационный мониторинг за состоянием окружающей среды, исследовать изотопный состав радионуклидов, динамику их перемещения и своевременно информировать население, чтобы не повторился второй Чернобыль.
В 1993 году состоялся международный конгресс по разработке нового укрытия и созданию экологически безопасной системы. Было представлено около 400 проектов из разных стран мира. В прошлом году состоялось обсуждение первого этапа проекта стоимостью около 300 млн. долларов, рассчитанного на 5 лет. Главным выводом этапа является подтверждение аварийного состояния саркофага. Следует отметить, что работающие 2-ой и 3-ий энергоблоки Чернобыльской АЭС не соответствуют международным нормам радиационной безопасности. В 1991 г. Верховный Совет Украины принял решение о закрытии Чернобыльской АЭС, однако в 1993 г. свое решение отменил. В 1994 г. 7 стран Европейского сообщества предложили Украине 200 млн. долларов для закрытия Чернобыльской АЭС.
По расчетам дирекции Чернобыльской АЭС Украина уже израсходовала 300 млн. долларов на повышение безопасности станции, а также добивается от мирового сообщества финансирования затрат на закрытие Чернобыльской АЭС и компенсации выработки электроэнергии за счет введения новых блоков на других станциях (стоимость около 4,5 млрд. долларов).
Сегодня можно однозначно заключить, что Чернобыльская катастрофа носит глобальный характер. Республика Беларусь нанесет невосполнимый ущерб и ее территория стала зоной экологического бедствия. Пока существуют атомные станции, атомное оружие, необходимо объединить усилия всех людей для выработки эффективных мер от ядерных аварий и преодоления последствий Чернобыльской катастрофы.
В зависимости от характера аварии на атомной электростанции, радиоактивные вещества, выброшенные в атмосферу в результате взрыва или нештатной ситуации, попадают в окружающую среду и переносятся воздушными потоками, в зависимости от погодных условий, на различные расстояния от эпицентра аварии. Вся среда обитания, флора, фауна, находящаяся в зоне взрыва, будет подвергаться облучению. Концентрация и качественный состав радионуклидов, находящихся в радиоактивном облаке, зависят от характера взрыва. Если выброс радиоактивных элементов произошел в результате взрыва активной зоны реактора, то радиоактивные вещества поднимаются достаточно высоко в атмосферу и возможно их перемещение с воздушными массами воздуха на большие расстояния. Важным фактором выброса является температура и состояние реактора в момент аварии. Если реактор в момент аварии находился не в рабочем состоянии, то выброс короткоживущих радионуклидов мало вероятен, и наоборот, авария в момент ядерной реакции сопровождается образованием и выбросом короткоживущих элементов. Наряду с выбросом газообразной фракции радионуклидов из активной зоны реактора Чернобыльской АЭС были выброшены осколки топлива, графит, элементы конструкции и другие материалы с более высокой температурой плавления. Радиоактивное облако, распространяющееся на большие расстояния от места аварии, осаждается на землю с дождевыми осадками, абсорбируется на взвешенных пылинках воздуха, изменяет свою концентрацию и состав. В начальный период аварии короткоживущие радионуклиды, переносящиеся воздушными потоками, являются основными дозообразующими факторами внешнего облучения. В дальнейшем основной вклад в интегральную дозу облучения вносят долгоживущие радионуклиды цезий-134 и -137, церий-134, стронций-90 и другие, которые осаждаясь на землю, растения, водоемы, здания и обладая большими периодами полураспада, являются источниками гамма-излучения. В таблице 2.4 представлен состав радионуклидов в воздухе у поверхности земли на 28 апреля 1986 года в Нурмиярви (Финляндия).
Концентрация радионуклидов в воздухе
| Нуклид | Период полураспада Т 1/2 | Концентрация раионуклидов в воздухе мВк / м |
| Цирконий-9 | 64,00 дня | 390 |
| Ниобий-95 | 35,00 дней | 450 |
| Молибден-99 | 2,75 дня | 2450 |
| Кадмий-115 | 2,23 дня | 770 |
| Олово-127 | 3,84 дня | 1200 |
| Рутений-106 | 373,00 дня | 2400 |
| Теллур-129 | 33,40 дня | 6600 |
| Теллур-131 | 1,35 дня | 1120 |
| Теллур-132 | 3,26 дня | 35000 |
| Йод-131 | 8,04 дня | 205000 |
| Йод-133 | 0,87 дня | 55000 |
| Цезий-134 | 2,10 года | 6470 |
| Цезий-136 | 13,10 дня | 2700 |
| Цезий-137 | 30,20 года | 11200 |
| Барий-140 | 12,80 дня | 5350 |
| Церий-141 | 32,50 дня | 510 |
| Церий-144 | 285,00 дней | 370 |
| Нептуний-239 | 2,35 дня | 3270 |
В непосредственной близости к реактору (на расстоянии 100 км) концентрация вышеперечисленных радионуклидов была намного выше. В послеаварийные годы спектрометрические анализы приземного воздуха показали, что в атмосфере присутствуют в определенной концентрации радионуклиды цезия-137, цезия-134, берилия-7, стонция-90, церия-144, рубидия-106, актиния-228.
На рис.2.13, а, б представлен спектрометрический анализ проб на цезий-137 и Ве-7 за 1989-1993 гг. в г. Мозыре находящемся на расстоянии 90 км от Чернобыльской АЭС.
По оценкам различных авторов, увеличение гонадной дозы составляет около 10 мБэр в год. Эта дополнительная техническая доза также увеличивает риск получения пороков развития у детей, который составляет 1 случай на 8000. Во втором и третьем поколениях это состояние будет расти.
Из выше изложенного можно рассчитать количество наследственных пороков развития, которые возникают от Чернобыльской аварии. Расчет, предложенный Дж. Гофманом, учитывает многие факторы, в том числе, дозовые нагрузки от радиации. Считается, что 48% всей коллективной дозы население Земли получило за первое десятилетие после Чернобыльской катастрофы, 69% — в течении первых 30 лет и 75% — в течении 40 лет после аварии. Оставшиеся 25% будут получены в последующие годы.
Для популяции людей 42 млн. мужчин и женщин, каждый из которых получили среднюю дозу 1 рад, будет наблюдаться 21000 случаев пороков развития новорожденных с ростом в последующих поколениях. Общее количество случаев аномального развития от коллективной дозы 42 млн. человека-рад составит 210000 случаев.
В заключении следует отметить, что методика и расчеты Дж. Гофмана исходят из предельных оценок риска, что, на наш взгляд, оправдано для населения, пострадавшего от Чернобыльской катастрофы, так как здоровье людей, наследственность — важнейший фактор развития общества.