ТЕХНОЛОГИИ / #4_2020
Достичь радиоэквивалентности
Фото: предоставлено автором
Главный радиоэколог проектного направления «Прорыв», член-корреспондент РАН, профессор Виктор Иванов рассказывает о перспективах достижения радиологической эквивалентности в замкнутом ядерном топливном цикле.
Биография эксперта
Виктор Константинович Иванов родился в 1952 году в г. Джезказгане (Казахстан). Окончил Московский инженерно-физический институт (специальность «Прикладная математика»), защитил кандидатскую и докторскую диссертации в Институте проблем управления АН СССР.
С 1978 года начал работать в НИИ медицинской радиологии АМН СССР, с 1994 года работает в должности заместителя директора по научной работе МРНЦ им. А. Ф. Цыба — филиале ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.
С 1996 года — профессор. В 2002 году избран членом-корреспондентом РАМН по специальности «Радиационная эпидемиология», с 2014 года — член-корреспондент РАН. В 2004 году получил почетное звание «Заслуженный деятель науки РФ».
Основные научные интересы Виктора Константиновича связаны со стратегическими направлениями развития радиационной эпидемиологии и радиологической защиты. Он создал научную школу специалистов высокого класса в области радиационной эпидемиологии.
Участник ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. После чернобыльской аварии возглавил создание Национального радиационно-эпидемиологического регистра.
Виктор Константинович — делегат РФ на заседаниях Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН). Председатель Российской научной комиссии по радиологической защите. Автор более 500 научных трудов, в том числе 17 монографий и четырех патентов. Главный редактор журнала «Радиация и риск».
Награжден орденами «За заслуги перед Отечеством» III и IV степени, орденами Мужества и «Знак Почета».
С 1978 года начал работать в НИИ медицинской радиологии АМН СССР, с 1994 года работает в должности заместителя директора по научной работе МРНЦ им. А. Ф. Цыба — филиале ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.
С 1996 года — профессор. В 2002 году избран членом-корреспондентом РАМН по специальности «Радиационная эпидемиология», с 2014 года — член-корреспондент РАН. В 2004 году получил почетное звание «Заслуженный деятель науки РФ».
Основные научные интересы Виктора Константиновича связаны со стратегическими направлениями развития радиационной эпидемиологии и радиологической защиты. Он создал научную школу специалистов высокого класса в области радиационной эпидемиологии.
Участник ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. После чернобыльской аварии возглавил создание Национального радиационно-эпидемиологического регистра.
Виктор Константинович — делегат РФ на заседаниях Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН). Председатель Российской научной комиссии по радиологической защите. Автор более 500 научных трудов, в том числе 17 монографий и четырех патентов. Главный редактор журнала «Радиация и риск».
Награжден орденами «За заслуги перед Отечеством» III и IV степени, орденами Мужества и «Знак Почета».
В России атомные электростанции вырабатывают около 19% всей производимой электроэнергии, а в европейской части страны, где проживает более 70% населения, — около 40%.
Основу атомной электрогенерации сегодня составляют ядерные реакторы на тепловых нейтронах. Вместе с тем, в технологически развитых странах ведутся интенсивные исследования по сценариям преодоления возможного в отдаленной перспективе энергетического кризиса, связанного с ограничением запасов 235U. Многообещающее решение проблемы — замыкание ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ), открывающее возможности для многократного расширения топливной базы атомной энергетики.
Проблема обеспечения радиационной безопасности в атомной энергетике по-прежнему играет ключевую роль. Так, в «Основополагающих принципах безопасности» МАГАТЭ один из основных принципов сформулирован следующим образом: «Нынешнее и будущее население и окружающая среда должны быть защищены от радиационных рисков». Новые технологии оценки радиационных рисков, базирующиеся на прогнозе возможных радиологических последствий облучения персонала и населения, сформулированы в базовом документе Международной комиссии по радиологической защите (Публикация 103).
В 2019 году была опубликована монография «Атомная энергетика нового поколения: радиологическая состоятельность и экологические преимущества».(Под общей редакцией члена-корреспондента РАН В. К. Иванова и профессора Е. О. Адамова. — Прим. ред.).
Одним из основных выводов этой монографии было прямое доказательство с позиций радиационной эпидемиологии эффекта «радиологической эквивалентности»: через 100 лет выдержки канцерогенные эффекты РАО (за счет выжигания минорных актинидов) и природного уранового сырья выравниваются. Рассмотрим этот эффект более подробно.
Основу атомной электрогенерации сегодня составляют ядерные реакторы на тепловых нейтронах. Вместе с тем, в технологически развитых странах ведутся интенсивные исследования по сценариям преодоления возможного в отдаленной перспективе энергетического кризиса, связанного с ограничением запасов 235U. Многообещающее решение проблемы — замыкание ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ), открывающее возможности для многократного расширения топливной базы атомной энергетики.
Проблема обеспечения радиационной безопасности в атомной энергетике по-прежнему играет ключевую роль. Так, в «Основополагающих принципах безопасности» МАГАТЭ один из основных принципов сформулирован следующим образом: «Нынешнее и будущее население и окружающая среда должны быть защищены от радиационных рисков». Новые технологии оценки радиационных рисков, базирующиеся на прогнозе возможных радиологических последствий облучения персонала и населения, сформулированы в базовом документе Международной комиссии по радиологической защите (Публикация 103).
В 2019 году была опубликована монография «Атомная энергетика нового поколения: радиологическая состоятельность и экологические преимущества».(Под общей редакцией члена-корреспондента РАН В. К. Иванова и профессора Е. О. Адамова. — Прим. ред.).
Одним из основных выводов этой монографии было прямое доказательство с позиций радиационной эпидемиологии эффекта «радиологической эквивалентности»: через 100 лет выдержки канцерогенные эффекты РАО (за счет выжигания минорных актинидов) и природного уранового сырья выравниваются. Рассмотрим этот эффект более подробно.
Стандарты радиологической защиты
13 октября 2018 года был подписан Указ Президента Р Ф «Об утверждении Основ государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности Российской Федерации на период до 2025 года и дальнейшую перспективу». В этом указе подчеркивается, что основная задача в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности — "защита в соответствии с принципом приемлемого риска". Эта задача полностью согласуется с современными требованиями «Международных основных норм безопасности МАГАТЭ» (Требование 29), где подчеркивается необходимость постоянного мониторинга населения в плане не только облучения, но и рисков возможной индукции радиационно обусловленной онкозаболеваемости. Понятно, что эти требования в полной мере относятся и к развитию атомной энергетики нового поколения, одновременно использующей тепловые реакторы и ректоры на быстрых нейтронах.
Оценка радиационных рисков имеет сегодня ключевое значение в комплексе проблем радиологической защиты населения и персонала. На международном уровне технология подготовки окончательных требований по радиационной защите включает выработку заключений Научного комитета ООН по действию атомной радиации, рекомендаций Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и на последнем этапе — формирование стандартов МАГАТЭ. На национальном уровне Российская научная комиссия по радиологической защите при РАН с учетом международных требований готовит основополагающий документ — "Нормы радиационной безопасности", в котором приводятся численные ограничения по радиационному риску.
В последние годы произошли серьезные изменения в технологии оценки радиационных рисков. Эти изменения отражены в 103-й Публикации МКРЗ. В частности, установлено, что вид зависимости «доза-эффект» во многом определяется индивидуальными параметрами облученного человека: пол, возраст, генетическая предиспозиция и др.
Технические решения для создания новой реакторной технологии — технологии естественной безопасности — разрабатываются в России с начала 1990-х годов. Один из ключевых принципов этой технологии — экологическая приемлемость (радиационная эквивалентность), заключающаяся в равенстве радиотоксичности получившихся при производстве РАО и использованного уранового сырья. Понятно, что современный инструментарий радиационной защиты позволяет оценить радиационную эквивалентность как в терминах ожидаемых эффективных доз облучения, так и с учетом сравнительного анализа пожизненных атрибутивных рисков потенциальной онкозаболеваемости от РАО и уранового сырья.
В результате многолетних крупномасштабных радиационно-эпидемиологических исследований после атомной бомбардировки в 1945 году японских городов Хиросимы и Нагасаки было, в частности, установлено, что смертность облученного в дозе 0,23 Зв населения от радиационно обусловленных дополнительных злокачественных новообразований (ЗНО) возросла на 4−7%. Эта базовая оценка радиационного риска вошла во все стандарты и нормы радиационной безопасности.
В действующих в России «Нормах радиационной безопасности» (НРБ‑99/2009) подчеркивается, что «в условиях нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения пределы доз облучения в течение года устанавливаются исходя из следующих значений индивидуального пожизненного риска: для персонала — 1,0×10-3; для населения — 5,0×10-5».
Учитывая, что сегодня риск смертности по причине ЗНО в России — 219×10-5 среди мужчин и 165×10-5 — среди женщин, указанные выше ограничения для населения составляют около 3% от спонтанного (в отсутствие облучения) уровня смертности по причине ЗНО. В НРБ‑99/2009 также указано, что «уровень пренебрежимо малого риска составляет 10-6», то есть около 0,06% от спонтанного уровня.
При разработке концепции дальнейшего развития ядерной энергетики в России акцент сделан на новых технологиях, включающих ЗЯТЦ. При реализации энергетики на базе быстрых реакторов с ЗЯТЦ особое значение приобретает принцип радиационной эквивалентности, обеспечивающий сохранение природного радиационного баланса.
13 октября 2018 года был подписан Указ Президента Р Ф «Об утверждении Основ государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности Российской Федерации на период до 2025 года и дальнейшую перспективу». В этом указе подчеркивается, что основная задача в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности — "защита в соответствии с принципом приемлемого риска". Эта задача полностью согласуется с современными требованиями «Международных основных норм безопасности МАГАТЭ» (Требование 29), где подчеркивается необходимость постоянного мониторинга населения в плане не только облучения, но и рисков возможной индукции радиационно обусловленной онкозаболеваемости. Понятно, что эти требования в полной мере относятся и к развитию атомной энергетики нового поколения, одновременно использующей тепловые реакторы и ректоры на быстрых нейтронах.
Оценка радиационных рисков имеет сегодня ключевое значение в комплексе проблем радиологической защиты населения и персонала. На международном уровне технология подготовки окончательных требований по радиационной защите включает выработку заключений Научного комитета ООН по действию атомной радиации, рекомендаций Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и на последнем этапе — формирование стандартов МАГАТЭ. На национальном уровне Российская научная комиссия по радиологической защите при РАН с учетом международных требований готовит основополагающий документ — "Нормы радиационной безопасности", в котором приводятся численные ограничения по радиационному риску.
В последние годы произошли серьезные изменения в технологии оценки радиационных рисков. Эти изменения отражены в 103-й Публикации МКРЗ. В частности, установлено, что вид зависимости «доза-эффект» во многом определяется индивидуальными параметрами облученного человека: пол, возраст, генетическая предиспозиция и др.
Технические решения для создания новой реакторной технологии — технологии естественной безопасности — разрабатываются в России с начала 1990-х годов. Один из ключевых принципов этой технологии — экологическая приемлемость (радиационная эквивалентность), заключающаяся в равенстве радиотоксичности получившихся при производстве РАО и использованного уранового сырья. Понятно, что современный инструментарий радиационной защиты позволяет оценить радиационную эквивалентность как в терминах ожидаемых эффективных доз облучения, так и с учетом сравнительного анализа пожизненных атрибутивных рисков потенциальной онкозаболеваемости от РАО и уранового сырья.
В результате многолетних крупномасштабных радиационно-эпидемиологических исследований после атомной бомбардировки в 1945 году японских городов Хиросимы и Нагасаки было, в частности, установлено, что смертность облученного в дозе 0,23 Зв населения от радиационно обусловленных дополнительных злокачественных новообразований (ЗНО) возросла на 4−7%. Эта базовая оценка радиационного риска вошла во все стандарты и нормы радиационной безопасности.
В действующих в России «Нормах радиационной безопасности» (НРБ‑99/2009) подчеркивается, что «в условиях нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения пределы доз облучения в течение года устанавливаются исходя из следующих значений индивидуального пожизненного риска: для персонала — 1,0×10-3; для населения — 5,0×10-5».
Учитывая, что сегодня риск смертности по причине ЗНО в России — 219×10-5 среди мужчин и 165×10-5 — среди женщин, указанные выше ограничения для населения составляют около 3% от спонтанного (в отсутствие облучения) уровня смертности по причине ЗНО. В НРБ‑99/2009 также указано, что «уровень пренебрежимо малого риска составляет 10-6», то есть около 0,06% от спонтанного уровня.
При разработке концепции дальнейшего развития ядерной энергетики в России акцент сделан на новых технологиях, включающих ЗЯТЦ. При реализации энергетики на базе быстрых реакторов с ЗЯТЦ особое значение приобретает принцип радиационной эквивалентности, обеспечивающий сохранение природного радиационного баланса.
Словарь
Органная доза — количество радиации, определенное Международной комиссией по радиационной защите в отношении к возможности развития стохастических эффектов (в основном рака) как средняя доза радиации, получаемой органом, — например, коэффициент общей энергии, поданной в орган, к общей массе органа.
Эффективная доза — количество радиации, определенное Международной комиссией по радиационной защите как нагрузочная сумма эквивалентных доз для всех релевантных тканей и органов, предназначенная «для указания воздействия комбинации различных доз на несколько различных тканей организма для определения вероятной корреляции с общим количеством стохастических эффектов». Следовательно, это понятие применимо, даже если распространение полученной дозы по всему организму человека негомогенно. Эффективная доза выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг), и соответствует единице СИ зиверт (Зв).
Источник: обзор Всемирной гастроэнтерологической организации «Радиационная защита в эндоскопическом отделении».
Эффективная доза — количество радиации, определенное Международной комиссией по радиационной защите как нагрузочная сумма эквивалентных доз для всех релевантных тканей и органов, предназначенная «для указания воздействия комбинации различных доз на несколько различных тканей организма для определения вероятной корреляции с общим количеством стохастических эффектов». Следовательно, это понятие применимо, даже если распространение полученной дозы по всему организму человека негомогенно. Эффективная доза выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг), и соответствует единице СИ зиверт (Зв).
Источник: обзор Всемирной гастроэнтерологической организации «Радиационная защита в эндоскопическом отделении».
Эффективные и органные дозы при оценке рисков
МКРЗ установила, что использование эффективных доз облучения вместо органных приводит к значительным искажениям численных значений радиационных рисков внутреннего облучения. Действительно, в Публикации 103 — основной при оценке радиационных рисков — подчеркивается, что «дозы в органах и тканях, а не эффективные дозы требуются для оценки вероятности индукции рака у облученных индивидуумов».
Разработан метод оценки величины пожизненного атрибутивного риска (Lifetime Attributable Risk — LAR) с использованием современных моделей МКРЗ и национальных демографических данных.
Получены оценки величины LAR на основе значений «потенциальной биологической опасности» (ПБО) с учетом влияния отдельных радионуклидов в долговременном радиационном балансе, полученных в рамках проектного направления «Прорыв».
Рассмотрим подробнее понятие эффективной дозы. Оно было разработано МКРЗ 40 лет назад с целью управления радиологической защитой с ориентацией на стохастические эффекты ионизирующих излучений. В терминах эффективной дозы, в частности, выражаются пределы, ограничения и контрольные уровни системы радиологической защиты. Понятно, что эти ограничения базировались на имевшихся в то время выводах крупномасштабных радиационно-эпидемиологических исследований.
Публикация 103 МКРЗ дает подробные пояснения по использованию понятия эффективной дозы. Эффективная доза определяется как взвешенное среднее эквивалентных доз в органах и тканях.
Эффективная доза вычисляется с использованием ряда допущений.
- Тканевые коэффициенты вычисляются для однократного равномерного облучения тела человека с усреднением по полу и возрасту в модельной европейско-американо-азиатской популяции.
- Для вычисления тканевых коэффициентов радиационный вред здоровью МКРЗ представляется в виде определяемого экспертным путем взвешенного среднего уровня радиационно обусловленной онкологической заболеваемости, смертности, сокращения продолжительности жизни и наследственных эффектов действия радиации.
- Несмотря на то что радиационный вред здоровью определен МКРЗ для 14 разных органов и тканей, в выражение для эффективной дозы величины взвешивающих тканевых коэффициентов входят в округленном виде и имеют всего четыре разных значения.
- При вычислении ожидаемой эффективной дозы (ОЭД) ожидаемая за жизнь суммарная эквивалентная доза от поступления радионуклида в организм приписывается году поступления этого радионуклида.
В результате соотношение LAR от двух разных радионуклидов, вычисленное по исходным моделям годового риска для конкретной популяции, отличается от соотношения соответствующих ОЭД.
Радиационная безопасность может оцениваться в терминах радиационной и радиологической эквивалентности.
Словарь
Радиационная эквивалентность — выравнивание ожидаемых эффективных доз облучения РАО и природного урана за счет ЗЯТЦ с сжиганием и трансмутацией минорных актинидов.
Радиологическая эквивалентность — выравнивание пожизненных радиационно обусловленных рисков потенциальной индукции онкологических заболеваний от РАО и природного урана с учетом динамики эквивалентных (органных) доз облучения.
Радиологическая эквивалентность — выравнивание пожизненных радиационно обусловленных рисков потенциальной индукции онкологических заболеваний от РАО и природного урана с учетом динамики эквивалентных (органных) доз облучения.
Радиационная и радиологическая эквивалентность РАО при двухкомпонентной ядерной энергетике
Электроэнергия, производящаяся на атомных станциях, составляет небольшую часть ее общемирового производства. Несмотря на то что ядерное топливо характеризуется наиболее высокой удельной энергией на единицу массы, проблемы обращения с облученным ядерным топливом (ОЯТ) современных реакторов на тепловых нейтронах тормозят дальнейшее развитие ядерной энергетики. Неизбежное долговременное контролируемое хранение ОЯТ ТР и захоронение долгоживущих высокоактивных отходов (ДВАО) приводят к накоплению ОЯТ и ДВАО в мировом масштабе, т. е. к росту глобальной экологической опасности ядерной энергетики.
Развитие двухкомпонентной ядерной энергетики в виде тепловых реакторов и реакторов на быстрых нейтронах, работающих в ЗЯТЦ, может существенно снизить опасность ядерной энергетики.
При реализации ЗЯТЦ значительно сокращаются объемы ОЯТ и ДВАО, однако полностью безотходного процесса добиться не удается, и геологическое захоронение РАО остается необходимым.
Сегодня в РФ создается крупномасштабная ядерная энергетика на основе ЗЯТЦ, в которой проблема РАО решается на основе достижения таких состава и количества РАО (и их захоронения), при которых их потенциальная опасность для здоровья человека будет эквивалентна или менее опасности потребляемых в ядерной энергетике природных радиоактивных изотопов урана.
Потенциальную опасность для здоровья человека можно оценивать по ожидаемым эффективным дозам (в случае реализации принципа радиационной эквивалентности) или, более корректно, вычисляя пожизненный атрибутивный риск (LAR) индукции онкологических заболеваний человека в результате поступления в его организм радионуклидов на основе современных моделей радиационных рисков, рекомендованных Международной комиссией по радиологической защите (в случае реализации радиологической эквивалентности).
Электроэнергия, производящаяся на атомных станциях, составляет небольшую часть ее общемирового производства. Несмотря на то что ядерное топливо характеризуется наиболее высокой удельной энергией на единицу массы, проблемы обращения с облученным ядерным топливом (ОЯТ) современных реакторов на тепловых нейтронах тормозят дальнейшее развитие ядерной энергетики. Неизбежное долговременное контролируемое хранение ОЯТ ТР и захоронение долгоживущих высокоактивных отходов (ДВАО) приводят к накоплению ОЯТ и ДВАО в мировом масштабе, т. е. к росту глобальной экологической опасности ядерной энергетики.
Развитие двухкомпонентной ядерной энергетики в виде тепловых реакторов и реакторов на быстрых нейтронах, работающих в ЗЯТЦ, может существенно снизить опасность ядерной энергетики.
При реализации ЗЯТЦ значительно сокращаются объемы ОЯТ и ДВАО, однако полностью безотходного процесса добиться не удается, и геологическое захоронение РАО остается необходимым.
Сегодня в РФ создается крупномасштабная ядерная энергетика на основе ЗЯТЦ, в которой проблема РАО решается на основе достижения таких состава и количества РАО (и их захоронения), при которых их потенциальная опасность для здоровья человека будет эквивалентна или менее опасности потребляемых в ядерной энергетике природных радиоактивных изотопов урана.
Потенциальную опасность для здоровья человека можно оценивать по ожидаемым эффективным дозам (в случае реализации принципа радиационной эквивалентности) или, более корректно, вычисляя пожизненный атрибутивный риск (LAR) индукции онкологических заболеваний человека в результате поступления в его организм радионуклидов на основе современных моделей радиационных рисков, рекомендованных Международной комиссией по радиологической защите (в случае реализации радиологической эквивалентности).
Рис. 1. Оптимальная структура ядерной энергетики в России, позволяющая с 2100 г. обеспечить переход к радиологической эквивалентности в обращении с РАО
Потенциальная биологическая опасность (ПБО) РАО и потребляемого ядерной энергетикой природного сырья (урана) различна. Основная задача — определение времени, по истечении которого наступит равенство ПБО РАО и ПБО исходного природного сырья. К решению этой задачи существует два подхода: определение времени достижения равенства ожидаемых эффективных доз (радиационная эквивалентность) и определение времени достижения равенства пожизненных радиационных рисков (радиологическая эквивалентность).
Исходные данные для определения радиационной и радиологической эквивалентности — ПБО в виде ожидаемой эффективной дозы от основных изотопов РАО и изотопов природного урана в различные периоды времени. Эти данные получены при моделировании сценария развития ядерной энергетики на тепловых и быстрых реакторах до 2100 года.
Для определения радиологической эквивалентности используется усредненный пожизненный атрибутивный риск по всем возможным возрастам населения (0−100 лет).
Вычисление пожизненного атрибутивного риска производится по эквивалентным дозам, полученным из ОЭД. Прямой расчет по ОЭД недопустим, так как эффективная доза не позволяет делать различий между отдельными органами. Риски, полученные по эффективной и соответствующей эквивалентной дозам, могут различаться более чем в 5,5 раза.
Расчеты показывают, что пересечение по времени кривой потенциальной биологической опасности РАО и постоянного уровня потенциальной биологической опасности соответствующего количества природного урана наступет в 2387 году. Следовательно, радиационная эквивалентность достигается через 287 лет после наработки РАО в 2100 году.
На Рис. 2 представлены вклады в потенциальную биологическую опасность (Зв) значимых радионуклидов РАО в зависимости от календарного года. Здесь представлены только те радионуклиды, вклад которых хотя бы раз за 1 тыс. лет превысил 1%. Несмотря на то что в РАО доля америция по массе составляет всего 0,23%, примерно через 100 лет выдержки в РАО начинает доминировать ожидаемая эффективная доза от 241Am.
Исходные данные для определения радиационной и радиологической эквивалентности — ПБО в виде ожидаемой эффективной дозы от основных изотопов РАО и изотопов природного урана в различные периоды времени. Эти данные получены при моделировании сценария развития ядерной энергетики на тепловых и быстрых реакторах до 2100 года.
Для определения радиологической эквивалентности используется усредненный пожизненный атрибутивный риск по всем возможным возрастам населения (0−100 лет).
Вычисление пожизненного атрибутивного риска производится по эквивалентным дозам, полученным из ОЭД. Прямой расчет по ОЭД недопустим, так как эффективная доза не позволяет делать различий между отдельными органами. Риски, полученные по эффективной и соответствующей эквивалентной дозам, могут различаться более чем в 5,5 раза.
Расчеты показывают, что пересечение по времени кривой потенциальной биологической опасности РАО и постоянного уровня потенциальной биологической опасности соответствующего количества природного урана наступет в 2387 году. Следовательно, радиационная эквивалентность достигается через 287 лет после наработки РАО в 2100 году.
На Рис. 2 представлены вклады в потенциальную биологическую опасность (Зв) значимых радионуклидов РАО в зависимости от календарного года. Здесь представлены только те радионуклиды, вклад которых хотя бы раз за 1 тыс. лет превысил 1%. Несмотря на то что в РАО доля америция по массе составляет всего 0,23%, примерно через 100 лет выдержки в РАО начинает доминировать ожидаемая эффективная доза от 241Am.
Рис. 2. Вклад (%) в потенциальную биологическую опасность значимых радионуклидов в отходах ядерной энергетики на тепловых и быстрых реакторах
Как показывает анализ, пересечение по времени кривой LAR от РАО и постоянного уровня LAR от соответствующего количества природного урана, то есть радиологическая эквивалентность, достигается в 2199 году, через 99 лет после наработки РАО в 2100 году. Это на 188 лет раньше достижения радиационной эквивалентности. Через 4100 лет LAR отходов ядерной энергетики на ТР и БР становится ниже 10-6, то есть достигает «пренебрежимо малого» уровня.
На Рис. 3 представлен вклад в суммарный усредненный LAR от значимых радионуклидов РАО в зависимости от календарного года. Здесь, так же как и в случае с ОЭД, максимальный вклад через некоторое время начинает давать изотоп 241Am.
На Рис. 3 представлен вклад в суммарный усредненный LAR от значимых радионуклидов РАО в зависимости от календарного года. Здесь, так же как и в случае с ОЭД, максимальный вклад через некоторое время начинает давать изотоп 241Am.
Рис. 3. Вклад (%) в пожизненный атрибутивный риск значимых радионуклидов в отходах ядерной энергетики на ТР и БР
Если рассмотреть динамику LAR от ОЯТ ВВЭР и РБМК и постоянный уровень LAR от соответствующего количества природного урана, то можно увидеть, что радиологическая эквивалентность достигается через 20 513 лет после начала выдержки ОЯТ — в 22 613 году (при линейной интерполяции).
На Рис. 4 представлен вклад в суммарный усредненный LAR от значимых радионуклидов ОЯТ ВВЭР и РБМК в зависимости от календарного года. Здесь, так же как и в случае с потенциальной биологической опасностью, на начальном этапе наибольший вклад в риск вносит изотоп 241Am, а затем начинают доминировать изотопы 240Pu и 239Pu.
На Рис. 4 представлен вклад в суммарный усредненный LAR от значимых радионуклидов ОЯТ ВВЭР и РБМК в зависимости от календарного года. Здесь, так же как и в случае с потенциальной биологической опасностью, на начальном этапе наибольший вклад в риск вносит изотоп 241Am, а затем начинают доминировать изотопы 240Pu и 239Pu.
Рис. 4. Динамика вкладов (%) в LAR значимых радионуклидов ОЯТ тепловых реакторов
Таким образом, выделение америция из РАО существенно сокращает время достижения как радиационной, так и радиологической эквивалентности, а применение принципа радиологической эквивалентности позволяет обосновать существенное сокращение времени выдержки РАО.
В заключение следует подчеркнуть, что вопросы радиационной безопасности и экономической обоснованности остаются ключевыми при формировании стратегии дальнейшего развития атомной энергетики.
В рамках действующих моделей МКРЗ радиологическая защита населения и персонала линейно зависит от планируемой продолжительности потенциального облучения. Поэтому впервые полученные оценки достижения радиологической эквивалентности (порядка 100 лет выдержки) убедительно подтверждают преимущества дальнейшего развития двухкомпонентной атомной энергетики на базе тепловых и быстрых реакторов.
Эти выводы получили поддержку в вышедшем недавно техническом документе МАГАТЭ «Отходы от инновационных типов реакторов и топливных циклов». В документе, в частности, говорится: «Использование ЗЯТЦ на базе реакторов на быстрых нейтронах позволяет: снизить радиотоксичность РАО в 100−200 раз; сократить время выдержки РАО с более чем 100 тыс. лет до менее чем 1 тыс. лет».
В заключение следует подчеркнуть, что вопросы радиационной безопасности и экономической обоснованности остаются ключевыми при формировании стратегии дальнейшего развития атомной энергетики.
В рамках действующих моделей МКРЗ радиологическая защита населения и персонала линейно зависит от планируемой продолжительности потенциального облучения. Поэтому впервые полученные оценки достижения радиологической эквивалентности (порядка 100 лет выдержки) убедительно подтверждают преимущества дальнейшего развития двухкомпонентной атомной энергетики на базе тепловых и быстрых реакторов.
Эти выводы получили поддержку в вышедшем недавно техническом документе МАГАТЭ «Отходы от инновационных типов реакторов и топливных циклов». В документе, в частности, говорится: «Использование ЗЯТЦ на базе реакторов на быстрых нейтронах позволяет: снизить радиотоксичность РАО в 100−200 раз; сократить время выдержки РАО с более чем 100 тыс. лет до менее чем 1 тыс. лет».
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #4_2020