Один из самых опасных компонентов ядерных отходов – йод-129. Этот радиоактивный изотоп остается активным миллионы лет и при попадании в организм человека накапливается в щитовидной железе. В США радиоактивные отходы, содержащие йод-129, планируется захоранивать в глубоких геологических формациях, что, по мнению ученых, обеспечит достаточную изоляцию. Совершенно иной подход демонстрирует Франция, которая регулярно сбрасывает низкоактивные радиоактивные стоки, содержащие йод-129 и другие радионуклиды, прямо в океан. В стране действует программа переработки отработавшего ядерного топлива, и завод по переработке ежегодно сбрасывает около 153 килограммов йода-129, не превышая установленные французским законодательством лимиты.
Новое исследование ученых из Массачусетского технологического института (MIT) и их коллег из национальных лабораторий дает количественную оценку выбросов йода-129 при трех различных сценариях обращения с отработавшим ядерным топливом. Аналитики сравнили американский подход – прямое захоронение в пунктах глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО), французскую практику разбавления и сброса, а также метод, предполагающий использование фильтров для улавливания йода-129 с последующим захоронением в приповерхностных хранилищах. Результаты показывают, что текущая практика переработки топлива во Франции приводит к выбросу в биосферу около 90 процентов всего йода-129, содержащегося в отходах. Невысокие концентрации этого изотопа были обнаружены в водах Ла-Манша и Северного моря вблизи французских и бывших британских перерабатывающих заводов. Хотя этот уровень не считается опасным для здоровья, американский подход с глубинным захоронением обеспечивает на порядки меньшие выбросы.
«Объединение всех этих данных для создания комплексного представления о проблеме йода-129 имеет огромное значение, – отмечает Харуко Уэйнрайт, доцент MIT и один из авторов исследования, опубликованного в журнале Nature Sustainability. – Есть ученые, которые посвящают всю жизнь очистке территорий, загрязненных йодом-129. Иногда они бывают шокированы, узнав, что некоторые страны сбрасывают его в таких количествах. Наша работа представляет жизненный цикл этого элемента. Мы смотрим не только на конечное захоронение твердых отходов, но и на то, где и когда происходят выбросы». Йод-129 с периодом полураспада 15,7 миллиона лет и высокой подвижностью в окружающей среде часто становится ключевым фактором при оценке безопасности хранилищ ядерных отходов. В США установлены строгие ограничения на его содержание в питьевой воде – 5,66 нанограмма на литр, что является самым низким пределом среди всех радионуклидов.
Расчеты исследователей показали, что при американском подходе с использованием барьерных систем в ПГЗРО, даже при консервативном допущении, что контейнеры начнут разрушаться через 1000 лет, выброс йода-129 в период от 1000 до 1 миллиона лет составит всего 2,14 x 10⁻⁸ кг на гигаватт-год выработанной электроэнергии. В сценарии переработки с последующим разбавлением и сбросом в биосферу попадает 4,51 кг на гигаватт-год, или 91 процент от общего количества. При этом около 3,3 процента улавливается газовыми фильтрами и захоранивается как низкоактивные отходы, а еще 5,2 процента остаются в потоке высокоактивных отходов перерабатывающего завода. Если же при переработке использовать усовершенствованные фильтры, выбросы сокращаются до 0,05 кг на гигаватт-год, а 94 процента йода-129 отправляются в приповерхностные хранилища. Однако для таких хранилищ существует риск случайного вскрытия в результате человеческой деятельности после истечения срока институционального контроля, который обычно составляет от 100 до 1000 лет.
Таким образом, нынешняя практика переработки отработавшего ядерного топлива приводит к немедленному высвобождению основной массы йода-129 в окружающую среду, тогда как прямое захоронение отходов обеспечивает выброс в 100 миллионов раз меньшего количества, но растянутый на миллион лет. Исследователи также изучили концентрации изотопа в реках США, в частности в реке Колумбия ниже по течению от объекта, где в годы холодной войны производились материалы для ядерного оружия. Значительно более высокие локальные концентрации были обнаружены на аналогичном объекте в Южной Каролине, где сбросы производились вдали от крупных рек, что приводило к меньшему разбавлению. «Мы хотели количественно оценить факторы окружающей среды и эффект разбавления, – поясняет Уэйнрайт. – Кто-то может использовать наши результаты, чтобы сказать, что разбавление все еще работает. С другой стороны, в США несовершенное захоронение привело к локально более высоким концентрациям в поверхностных водах. Это предостережение о том, что захоронение может концентрировать загрязнители и должно быть тщательно спроектировано для защиты местных сообществ».
Авторы исследования подчеркивают, что их выводы не должны отговаривать страны от переработки ядерного топлива. Например, Япония планирует использовать более совершенные системы фильтрации для улавливания йода-129. «История защиты окружающей среды с 1960-х годов – это переход от сброса радиоактивных отходов к их изоляции, – заключает Уэйнрайт. – Ядерное сообщество было лидером в разработке стратегий и технологий изоляции отходов с 1950-х годов. Эти усилия следует и дальше наращивать и ускорять. В то же время, если кто-то отказывается от ядерной энергии из-за проблем с радиоактивными отходами, это будет поощрять другие отрасли с гораздо более низкими экологическими стандартами».
