Изменение рисков радиации:

анализ системы обращения с радиоактивными отходами в комплексе по производству ядерного оружия «Ферналд»

Энни и Арджун Макхиджани[1]

С конца 1990-х годов           министерство энергетики США разработало несколько вариантов «ускоренных» очистительных программ для своих комплексов по производству ядерного оружия. Это привело к форсированному выведению из эксплуатации двух крупных оружейных заводов - «Роки Флэтс» (Rocky Flats) в штате Колорадо, где было организовано массовое производство оружейных плутониевых пит, и завода «Ферналд» (Fernald), неподалеку от города Цинциннати, штат Огайо, на котором производился урановый метал, главным образом, предназначенный для ядерных реакторов по производству плутония. Эти предприятия считаются флагманами  в усилиях федерального правительства «привести в порядок» и «закрыть» некоторые наиболее загрязненные территории  страны.

Совсем не обязательно, что под «ускоренными» понимаются более совершенные проекты или программы с пониженным риском. Для того, чтобы проанализировать эффекты поспешно проведенных очистительных мероприятий, где премиальные зависели от выполнения плана и не имели отношения к дозам радиоактивного облучения для будущих поколений, мы провели анализ некоторых радиоактивных отходов на заводе Ферналд.

Особые виды отходов, которые мы изучали, образованы при добыче богатых урановых руд. Некоторые виды этих руд перерабатывали во времена Манхэттенского проекта во Вторую мировую войну и в первые послевоенные годы на химическом заводе «Малинкродт» в Сент-Луисе (Mallinckrodt Chemical Works). Переработка остальных руд проводилась на заводе «Ферналд». Помимо самого урана, в урановой руде содержится торий-230 и радий-226, которые являются продуктами радиоактивного распада урана-238, основного изотопа природного урана (см. цепочку распада урана ниже). Поскольку вышеупомянутые руды являлись высокосообогащенными, они также содержали радий-226 и торий-230, которые являются долгоживущими остеотропными радионуклидами. Богатейшие урановые руды, содержащие до двух третей оксида урана, были известны как «уранинит», который ввозили из «бельгийского Конго», названного  так потому, что тогда это была бельгийская колония.

Отходы, образованные при переработке урановых руд и урановых концентратов (желтых кексов), хранились в трех больших железобетонных конструкциях, которые называются бункерами. В бункерах 1 и 2, которые в прошлом году были вычищены от отходов и разрушены, хранились радийсодержащие отходы, образованные при переработке уранинита «бельгийского Конго». В бункере 1 содержались только те отходы, которые были получены на заводе «Малинкродт». Бункер 2 хранил отходы от заводов «Малинкродт» и «Ферналд». Бункеры 1 и 2 также называли бункерами «К-65» по одноименному процессу, который применялся для извлечения урана из руды.

В бункере 3, который также очищен и разрушен, хранились радиоактивные отходы, которые были образованы при переработке урановых концентратов. Отходы в бункере 3 менее радиоактивны по сравнению с бункерными отходами в К-65 и содержат намного больше тория-230, чем радия-226.

В этой статье анализируются решения по очистке этих бункеров, принятые министерством энергетики США (МЭ),  - каким образом они менялись со временем, как осуществлялись и каковы их долговременные радиологические последствия. В статье представлен обзор отчета «Изменение рисков радиации: анализ очистительных мероприятий и обращения с ядерными отходами в бункерах К-65 и бункере 3» за август 2006 года. Полный отчет, а также ссылки по данной статье, можно найти на сайте: www.jeer.org/reports/fernald/.

Мы решили рассмотреть серьезные проблемы и недостатки в системе обращения с этими отходами, поскольку они демонстрируют сложные ситуации в очистке и долгосрочном контроле и являются примером для других комплексов.

Завод  «Ферналд»

Центр по производству ядерных сырьевых материалов (Feed Materials Production Center или FMPC), который сегодня называется «Fernald Closure Project Site», занимал территорию в 1050 акров и функционировал с 1952 по 1989 годы. За это время завод произвел примерно 1,3 миллиарда фунтов уранового металла для выполнения американской программы по производству ядерного оружия. Основной функцией этого предприятия являлось обеспечение ядерных реакторов топливом и стержнями для производства плутония на заводах «Хэнфорд» в штате Вашингтон и «Саванна-Ривер» в Южной Каролине. Деятельность завода «Ферналд» привела к загрязнению воздуха, почвы и воды не только на территории завода, но и в прилегающих районах.

Отходы с содержанием радия и тория, которые хранились в трех бункерах, представляли для рабочих завода и местных жителей непосредственный риск радиоактивного облучения двумя способами: 1) выделениями радона, образованными при распаде радия-226 в радон-222 и 2) возможным обрушением крыш бункеров 1 и 2 и утечкой радиоактивных отходов в окружающую среду. Очистка этих бункеров и перевод отходов в такую форму, при которой они   в скором времени не рассеялись бы и оставались устойчивы в течение долгого времени, были признаны трудной и необходимой задачей, связанной с закрытием завода «Ферналд».

Бункерные отходы

В таблице 1 указаны концентрации различных радионуклидов в бункерных отходах завода «Ферналд». Таблица 2 показывает содержание радиоактивности в бункерных отходах  некоторых радионуклидов. Содержимое бункеров 1 и 2 было идентичным, поскольку отходы были генерированы от богатых урановых руд. Необходимо отметить, что, несмотря на то, что содержание радия-226 намного превышает концентрацию тория-230, у последнего период полураспада намного выше и составляет для этих радионуклидов 1600  и около 75 000 лет соответственно.

Более того, торий-230 распадается в радий-226, и поэтому за несколько тысяч лет их концентрации становятся практически одинаковыми. Эти концентрации находятся почти в равновесии более длительные периоды, чем период полураспада у радия-226, но намного меньше, чем у тория-230. Отсюда следует, что полураспад тория-230 контролирует  скорость распада отходов за очень длительный период времени. К тому же, при вдыхании, дозы облучения для большинства органов на единицу радиоактивности у тория-230 намного превышают радий-226.

Основным радионуклидом в отходах из бункера 3, который вызывает беспокойство, является торий-230. Однако за тысячу лет радий-226 постепенно накопится и к тому времени будет почти равен концентрации тория-230. В отходах из бункера 3 также содержатся мышьяк, кадмий, хром и селен. Как правило, в отходах, образованных при переработке руды, имеется большое содержание тяжелых металлов. Свинец-210 и полоний-210 являются продуктами распада радона-222, который в свою очередь есть продукт распада радия-226.

Таблица 1: Расчетное содержание радионуклидов в отходах из бункеров 1,2 и 3

Источник: адаптировано из отчета IEER от 1997 года «Containing the Cold War Mess», сайт: www.ieer.org/reports/cleanup/, ссылка Д. Пэйн (D. Paine), руководитель Проекта по управлению бункерами с ядерными отходами,  «Operable Unit 4: Project History and Status Presentation», завод «Ферналд», штат Огайо. Совещание независимой группы наблюдателей, 14 ноября 1996 года, стр. 8 и 11.

Примечания: в объемы (V) по бункерам 1 и 2 не входят 357 и 314 кубических метров (m³) соответственно бентонитовой глины, которую добавили в 90-х годах для сокращения радоновых выделений. Бентонитовую глину не добавляли в бункер 3. Существует незначительное расхождение в объемах, указанных Пэйном, по бункерам 1 и 2 (3240 + 2845 = 6085 кубических метров) и общем объеме, указанном в Протоколе решения (6120 кубических метров).

Таблица 2: Радиоактивность отходов в бункерах 1,2 и 3

Источник: протокол решения для «OU4» от 1994 года и «Safety of the High-Level Uranium Ore Residues at the Niagara Falls Storage Site» Льюистон, Нью-Йорк (Вашингтон, округ Колумбия: Нэшнл Акэдими Пресс, 1995 г.).

Примечание: 28 метрических тонн природного урана соответствуют менее 20 кюри.