Ядерное электричество

Глава 4. Начало ядерного топливного цикла

4.1 Добыча и переработка урановой руды

Минералы, из которых добывают уран, всегда содержат такие элементы как радий и радон (см. цепочку радиоактивных распадов в Приложении). Поэтому, хотя сам по себе уран слабо радиоактивен, добываемая руда потенциально опасна, особенно если это высококачественная руда. Радиационная опасность, связанная с сопутствующими элементами, характерна не только для ураносодержащих руд, но и для любой горнодобывающей промышленности.

В Австралии уран добывается, главным образом, открытым способом, при котором карьеры имеют естественную хорошую вентиляцию. Урановая руда, добываемая на рудниках в Кентуре и Джабелуке содержит менее 0.5% U₃O₈. На подземном руднике "Олимпик Дам" урановая руда содержит менее 0.1% U₃O₈. Любая подземная урановая шахта вентилируется специальными мощными устройствами.

Старые шахты Канады на Озерах (Клаф Лэйк, Ки Лэйк и Рабит Лэйк), также как и Мак Лэйк, которая начала работать в 1999 году, являются шахтами карьерного типа и также хорошо вентилируются. Недавно в Канаде начали эксплуатироваться три новые подземные шахты. Две из них, Мак Артур Ривер и Сигар Лэйк, содержат очень высококачественную руду и требуют специальных методов дистанционного управления для добычи урана. Несколько подземных месторождений имеется в Клаф Лэйк и Мак Клин Лэйк.

Руда (то есть земная порода, содержащая высокую концентрацию урана, достаточную для его экономичного выделения) специальным образом измельчается. Затем этот порошок обрабатывается раствором серной кислоты для растворения содержащегося в нем урана. Твердые частицы, остающиеся после растворения урана извлекают (экстрагируют), и помещают на длительное хранение в специальные резервуары. Резервуары сконструированы таким образом, чтобы обеспечить надежное хранение этих материалов. Такие отходы содержат основную долю радиоактивных веществ, находящихся в руде (таких, например, как радий).

Две новые шахты скоро будут пущены в эксплуатацию в Австралии для извлечения урана из песчаной руды, добываемой под землей. Кислотный, насыщенный кислородом раствор, содержащий уран, будет циркулировать через специальные фильтры, а уран будет извлекаться на заводе, расположенном на поверхности.

После экстракции из раствора (иногда для этого используют процессы ионного обмена, сопровождаемые осаждением), осадок, содержащий уран, имеет ярко желтую окраску ("yellowcake"). После высокотемпературной сушки окись урана (U₃O₈), теперь уже зеленого цвета, загружается в специальные емкости объемом 200 литров. Мощность дозы облучения на расстоянии одного метра от такой емкости равна, приблизительно половине того, что человек получает во время полета на самолете. В Австралии все эти операции проводятся в соответствии с утвержденными правительством нормативами радиационной безопасности на предприятиях горнодобывающей промышленности. В Канаде также применяются инструкции Комиссии по радиационной безопасности. В обеих странах эти правила и нормы устанавливают строгие стандарты по контролю за гамма-облучением, и возможным попаданием в организм радона и других радиоактивных материалов. Стандарты относятся как к персоналу предприятий, так и к населению^*.

Гамма-излучение исходит преимущественно от изотопов висмута и свинца. Газ радон выделяется из горных пород, в которых происходит распад радия.^* Вследствие спонтанного радиоактивного распада он переходит в дочерние изотопы радона, которые являются эффективными излучателями альфа-частиц. Радон находится в большинстве горных пород, и, как следствие этого, находятся и в воздухе, который все мы вдыхаем. При высоких концентрациях радон представляет опасность для здоровья, так как небольшой период полураспада означает, что альфа-распад может происходить внутри организма при его вдыхании, что, в конечном счете, может вызывать рак легкого.

При добыче и производстве урана предпринимаются различные меры предосторожности для защиты здоровья персонала:

• Тщательно контролируется уровень запыленности, чтобы минимизировать попадание в организм гамма- или альфа-излучающих веществ. Пыль является главным источником радиоактивного облучения. Она обычно дает вклад в 4 mЗв/год в ежегодную дозу, получаемую персоналом (см. также Таблицу 13).
• Ограничивается внешнее радиоактивное облучение персонала в шахтах, на заводах и местах размещения отходов. На практике уровень внешнего облучения от руды и отходов обычно настолько низок, что он практически не влияет на увеличение допустимой ежегодной дозы.
• Естественная вентиляция открытых месторождений уменьшает уровень экспозиции от радона и его дочерних изотопов. Уровень облучения от радона редко превышает один процент от уровня, допустимого для непрерывного облучения персонала. Подземные рудники оборудуются совершенными системами вентиляции для достижения того же уровня. На Австралийских и Канадских подземных рудниках средняя доза облучения составляет, приблизительно, 3 mЗв/год.
• Существуют строгие гигиенические нормы на работу персонала с концентратом окиси урана, поскольку он химически токсичен, подобно оксиду свинца^*. На практике предпринимаются предосторожности, защищающие органы дыхания от попадания токсинов, аналогичные тем, которые используются при работах на свинцовых плавильных печах.

Начиная с пятнадцатого столетия, многие шахтеры, которые работали на подземных шахтах вблизи нынешней границы между Германией и Чешской Республикой, преждевременно погибали от таинственной болезни. В конце 1800-ых годов болезнь была диагностирована как рак легкого, но только в 1921 году газ радон был предположен в качестве ее возможной причины. Хотя это и было окончательно подтверждено в 1939 году, в период с 1946 по 1959 годы, многие подземные месторождения урана в США разрабатывались без соответствующих мер предосторожности, вытекающих из Европейского опыта. В начале 1960-ых годов был зарегистрирован рост раковых заболеваний среди курящих шахтеров. Причиной роста был тогда также признан газ радон и, что более важно, его твердые дочерние продукты радиоактивного распада. Болезнь вызывалась накоплением дозы облучения от радона, полученной 10-15 годами ранее.

Слабо вентилируемые, пылеобразующие процессы добычи урана в США, которые вели к самому большому риску для здоровья, сегодня уже в прошлом. За последние 35 лет произошли существенные изменения в технологических процессах на предприятиях горнодобывающей промышленности, защищающих шахтеров от различных опасностей. Открытая же карьерная добыча урана фактически безопасна. Не имеется ни одного известного случая заболевания, вызванного облучением шахтеров, работающих на открытых урановых рудниках в Австралии или Канаде. Возможно, это частично объясняется отсутствием детальной информации относительно профессиональных заболеваний, связанных с работами на урановых рудниках в 1950-ых годах (ни одна страна не вела подобной статистики в то время).

После технологических процессов экстракции урана на предприятиях горнодобывающей промышленности практически весь радиоактивный радий, торий и актиний содержится в отвалах и, следовательно, уровни излучения и испускания радона из таких отходов будут, по всей вероятности, существенны^*. Однако, маловероятно, что кто-либо построит жилище на вершине отвальных пород и получит повышенную дозу облучения, лежащую за пределами международных норм. Тем не менее, отходы должны быть закрыты достаточным количеством грунта, чтобы уровни гамма-излучения не превышали уровня естественного фона. В этом случае возможно и покрытие этих мест растительностью.

Излучение радона, находящегося в отходах, в течение технологических процессов до момента их надежного захоронения может представлять опасность для окружающей среды. Однако, следует иметь ввиду, что радон присутствует в большинстве горных пород и, кроме локальных опасностей, упомянутых выше, общее региональное увеличение радиоактивности от горнодобывающих операций, связанных с радоном, очень мало (см. также 6.3).

Техническая вода, которая используется в технологических процессах, также содержит радий и другие металлы, присутствие которых было бы нежелательно во внешней среде. Эта вода хранится и испаряется таким образом, чтобы содержащиеся в ней металлы были безопасны, и не попадали в окружающую среду. Техническая вода никогда не сбрасывается в естественные стоки, а сохраняется и испаряется в специальных дамбах.

Сток дождевых осадков, в соответствии с качеством содержащейся в них воды, осуществляется отдельно по специальным дренажным системам ^*. Вода плохого качества сохраняется и обрабатывается.

Бывшая урановая шахта Рам Джангл в Австралии многим известна как источник загрязнения воды. Добыча урановой руды на этой шахте была связана с обработкой больших количеств сульфидосодржащих пород. В связи с низкими стандартами безопасности в 1950-ых годах, в то время практически не предпринимались меры предосторожности по предотвращению загрязнения рек ^**. Большие терриконы отвалов в сочетании с теплым, дождливым климатом вызывали сток значительных количеств кислотных отходов, известных как "кислотный горный дренаж".

В начало страницы

Назад  |  Вперед