Chất thải phóng xạ mức độ thấp và chất thải phóng xạ mức độ cao

Luận văn về chất thải phóng xạ mức độ thấp và chất thải phóng xạ mức độ cao

KHOA MÔI TRƯỜNG - BẢO HỘ LAO ĐỘNG

MÔN HỌC

KIỂM SOÁT CHẤT THẢI NGUY HẠI

CHUYÊN ĐỀ

CHẤT THẢI PHÓNG XẠ MỨC ĐỘ THẤP, CHẤT THẢI PHÓNG XẠ MỨC ĐỘ CAO

CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ

GVHD: T.S TRƯƠNG THỊ TỐ OANH

SVTH: LƯƠNG MINH TÂM 072298B

LÊ THỊ THANH THÙY 072317B

HOÀNG QUỐC VIỆT 072352B

LÊ THỊ MỘNG XUÂN 072356B NGUYỄN THỊ HOÀNG YẾN 072359B

2

MỞ ĐẦU

Trái Đất là nơi chúng ta sinh sống và phát triển Nó hết sức cần thiết với mỗi chúng ta Thế nhưng, Trái Đất hay cụ thể hơn là môi trường sống của chúng ta cùng với những nhân tố vô sinh, hữu sinh đang ngày càng trở nên ô nhiễm hơn Trong đó, các chất thải phóng xạ là một trong những lý do góp phần vào ô nhiễm trên

Xử lý chất thải phóng xạ trong điều kiện an toàn là một trong những vấn đề lớn nhất

mà ngành hạt nhân đang đối mặt Điều đó có ý nghĩa quan trọng nếu thế giới muốn tăng sản lượng điện hạt nhân để góp phần làm đảo ngược xu hướng ấm hóa toàn cầu

Một số nhà bảo vệ môi trường hiện cho phát triển điện hạt nhân là không thể tránh khỏi Theo họ, hậu quả của sự thay đổi khí hậu có thể đe dọa trái đất nhiều hơn so với những nguy cơ hạt nhân mà họ cảnh báo trước đây Tuy nhiên, ngay cả khi những người chống điện hạt nhân thay đổi quan điểm thì ngành này cũng cần có những giải pháp dài hạn đối với vần đề chất thải – chất phóng xạ mới và toàn bộ thanh nhiên liệu

đã qua sử dụng cũng như vật liệu liên quan được cất trữ dưới nhiều hình thức

3

1 GIỚI THIỆU VỀ CHẤT THẢI PHÓNG XẠ

1.1 Khái niệm

Chất phóng xạ được sử dụng để sản xuất điện (điện hạt nhân), dùng trong lĩnh vực quân sự (năng lượng nguyên tử) và Y học, trong công nghiệp , sinh hoạt hằng ngày

Chất thải phóng xạ là chất thải chứa chất phóng xạ hoặc vật thể bị nhiễm bẩn phóng xạ phải thải bỏ

1.2 Phân loại

Chất thải phóng xạ có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn theo nguồn gốc hoặc theo đặc tính của chúng Một số thuộc tính chung của chất thải phóng

xạ có ý nghĩa quan trọng đối với việc lựa chọn kỹ thuật xử lý là: tính ổn định vật lý, thành phần hoá học, khả năng gây cháy, mức phóng xạ, khả năng di chuyển trong môi trường của các đồng vị phóng xạ Như vậy, sự phân loại chất phóng xạ dựa vào tính nguy hiểm và khả năng kéo dài tính nguy hiểm đó của chúng Việc chỉ ra tính nguy hiểm của chất thải phóng xạ sẽ chỉ đường cho quá trình xử lý và cất giữ, còn việc xác định khả năng kéo dài tính nguy hiểm của chúng sẽ chỉ đường cho việc lựa chọn cách thải

Để phục vụ cho việc đưa ra những quy trình xử lý chất thải phù hợp, trước hết phải phân loại các chất thải Có thể phân loại theo trạng thái vật lý và mức độ phóng xạ

Hình: Các chất thải phóng xạ

4

Theo cách phân loại dựa vào hoạt độ phóng xạ, Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc

tế đã đưa ra cách phân loại chất thải phóng xạ ra làm 5 loại:

Loại 1: Chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã dài ngày, mức hoạt độ phóng xạ cao Loại 2: Chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã dài ngày, mức hoạt độ phóng xạ trung bình

Loại 3: Chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã dài ngày, mức hoạt độ phóng xạ thấp Loại 4: Chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn ngày, mức hoạt độ phóng xạ

trungbình

Loại 5: Chất thải phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn ngày, mức hoạt độ phóng xạ thấp

Ba loại đầu phải chôn cất trong kho thải sâu trong lòng đất, hai loại sau có thể chứa trong các kho thải nông

Đối với các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng, có thể coi là chất thải hoặc là nguyên liệu đầu cho tái chế

Chất thải phóng xạ thường được chia thành chất thải mức độ thấp và mức độ cao Chất thải mức độ cao có nguồn gốc từ các lò phản ứng hạt nhân Chúng có thể tồn tại trong môi trường rất lâu và hầu như không thể xử lý được cho đến khi quá trình phân

rã kết thúc Do đó vấn đề của chất thải phóng xã là phải có biên lưu Trên thế giới có nhiều nỗ lực để tìm ra phương pháp có thể cô lập chất thải phóng xã khỏi sinh quyển Tuy nhiên, vấn đề này còn rất phức tạp và gây nhiều tranh cãi

5

Hình: Chất thải phóng xạ từ các nhà máy điện hạt nhân ở Canada và Belleville

Chất thải mức độ thấp là những vật liệu có khả năng phân rã kém hoặc những vật liệu

bị nhiễm phóng xạ trong quá trình sử dụng Chúng là chất thải từ ngành công nghiệp hạt nhân, y học

1.3 Nguồn gốc phát sinh

Các loại chất thải phóng xạ của nhà máy điện hạt nhân

Bao gồm chất thải ở dạng khí, lỏng và rắn Chất thải phóng xạ dạng khí sinh ra do bị hoạt hoá bởi các nơtron, như: Nitơ-12; Nitơ-16; Ôxy-19; Iốt-131; Cacbon-14; Argon-41; Xenon-133

Các chất thải phóng xạ dạng lỏng bao gồm nước làm mát lò phản ứng; các dung dịch hấp thụ các nhân phóng xạ sinh ra từ các quá trình xử lý khí phóng xạ; nước dùng để làm vệ sinh, rửa các dụng cụ làm việc

6

Các chất thải phóng xạ dạng rắn là các rác thải bị nhiễm phóng xạ, dụng cụ làm việc hỏng, găng tay, quần áo, đồ nhựa, giấy

Lượng các chất thải phóng xạ mỗi loại được sinh ra tuỳ thuộc vào kiểu lò phản ứng, loại chu trình nhiên liệu sử dụng Trong các điều kiện làm việc bình thường các chất thải của nhà máy điện hạt nhân đều thuộc loại phóng xạ thấp và trung bình

Phóng xạ được ứng dụng trong y tế

Ứng dụng tia phóng xạ trong chẩn đoán bệnh được bắt đầu bằng việc chụp X quang vùng ngực, dạ dày, xương Sau đó đến các ứng dụng khác như chụp X quang bằng máy tính (X ray CT- Computer Tomography) và pozitron CT,

Hơn nữa, việc chẩn đoán bệnh bằng việc cho vào cơ thể người bệnh nguyên tố đồng vị phóng xạ như một dạng thuốc y tế, sau đó đo đạc tia phóng xạ phát ra rồi phân tích trên máy tính và đưa ra hình ảnh về cơ năng của cơ quan nội tạng cũng đã được áp dụng trong thực tiễn

7

Việc chữa chạy bệnh ung thư bằng chiếu xạ tia X, tia gamma cũng đã được áp dụng, hơn nữa công tác nghiên cứu chữa ung thư bằng sử dụng tia nơtron, tia proton và tia hạt nặng hiện nay Như vậy trong ngành y tế sẽ phát sinh ra chất thải phóng xạ cụ thể như: chai lọ bao bì chứa hóa chất, thuốc dùng hóa trị, quần áo, găng tay nhiễm xạ, nước dùng rửa dụng cụ nhiễm xạ, chất thải từ bệnh nhân hóa trị…

Phóng xạ được ứng dụng trong nông nghiệp

Cải thiện giống nông sản bằng chiếu xạ tia gamma từ nguồn Cobalt 60 và Cesium 137

sẽ tạo ra được những giống mới như giống mạ có khả năng chịu gió, hoa quả có khả năng chống bệnh tật tốt hơn, Đồng thời, khi xử lý chiếu xạ các giống hoa sẽ gây ra đột biến để có những loại hoa nhiều màu sắc đẹp và hình dáng độc đáo

Đối với việc diệt trừ sâu phá hoại mùa màng và cây trồng, người ta chiếu xạ vào sâu hại làm chúng mất khả năng sinh sản

Chiếu xạ thực phẩm giúp ngăn chăn mọc mầm, giữ hoa quả lâu chín, diệt khuẩn và sát trùng.Như vậy ứng dụng phóng xạ trong nông nghiệp cũng tạo ra chất thải phóng xạ là những mẫu phóng xạ đã qua sử dụng và những vật phẩm đồ dủng nhiễm xạ

Phóng xạ được ứng dụng trong công nghiệp

Người ta sử dụng các tia gamma, tia proton để đo đạc chính xác độ dày của vật liệu, mật độ, hàm lượng nước Kiểm tra không phá huỷ cũng đã được sử dụng rộng rãi khi kiểm tra sự nứt vỡ của các bộ phận quan trọng mà không làm phá hỏng đối tượng kiểm tra Hơn nữa, phương pháp chiếu xạ vật liệu nhằm nâng cao cường độ, tính chịu nhiệt, khả năng chịu mài mòn của vật liệu cũng đang được sử dụng rộng rãi.Công nghệ xử dụng chất phóng xạ sẽ tạo ra lượng chất thải phóng xạ nhất định nếu những công nhân xử dụng công nghệ đó thiếu hiểu biết về chất phóng xạ làm thất thoát sẽ gấy hậu quả không lường

Phóng xạ còn được sử dụng trong ngành hàng không dùng soi rọi hành lý khách, ứng dụng trong quốc phòng chế tạo vũ khí hạt nhân …tất cả những ứng dụng đó đều tạo ra lượng chất thải phóng xạ đủ để phá hủy môi trường sống chúng ta và ảnh hưởng tới sức khỏe con người và sinh vật sống khác

8

1.4 Tính chất của chất thải phóng xạ

Các chất phóng xạ đặc biệt nguy hiểm vì không sao nhận ra được bẳng giác quan Không mùi vị không nhìn thấy không sờ được và cũng không phát nhiệt chỉ dùng máy mới phát hiện và đo đạc được Không có trường hợp quen với tia phóng

xạ và cũng kông có phương pháp điều trị đặc hiệu

Chất thải phóng xạ có thể thâm nhập vào cơ thể qua đường thức ăn, nước hoặc không khí Hiện tượng phóng xạ ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá năng lượng trong cơ thể người theo nhiều cách khác nhau Nó tấn công cơ quan chức năng của cơ thể, gây

ra hàng loạt các bệnh ung thư, gây đột biến gen và ảnh hưởng đến nhiều thế hệ tiếp theo

1.5 Các đơn vị đo lường chất phóng xạ

Mức tác động của tia bức xạ lên con người được tính bằng đơn vị mSilvert ( ký hiệu mSv), hay pico Curie (ký hiệu: pCi) Theo Ủy ban An toàn bức xạ Quốc tế, liều lượng giới hạn cho phép được tiếp nhiễm các loại bức xạ trong 1 năm là 1mSv; điều đó có nghĩa là trong vòng 1 năm, mỗi người dân bình thường không nên nhận một liều lượng bức xạ nhân tạo quá 1mSv Nếu có 1 triệu người bị chiếu xạ bởi một liều phóng

xạ có cường độ 1mSv thì có 40 người có nguy cơ bị ung thư

1 Gray (Gy) = liều tia hấp thụ năng lượng 1 J/kg trọng lượng cơ thể = 100 rads

1 sievert (Sv) = liều tương đương (measure dose equivalent): liều bức xạ gây tác động sinh học có hại đối với con người

9

Liều tương đương hiệu dụng (effective dose equivalent): liều tia xạ gây tổn thương đặc hiệu đối với một cơ quan hoặc một bộ phận của cơ thể người (đơn vị: Sv)

1.6 Tác hại của chất thải phóng xạ

Một trong những tác động nguy hiểm nhất của bức xạ ion hóa là sự thiệt hại mà nó gây ra cho ADN trong nhân tế bào Thay đổi trong ADN nếu xảy ra trong các tế bào sinh sản thì sự đột biến đó có thể truyền qua thế hệ kế tiếp, gây ra khuyết tật hay các bệnh di truyền Nếu đột biến xảy ra trong tế bào bình thường, chúng có thể làm thay đổi chức năng của những tế bào này , gây hại cho sức khỏe và tăng cao nguy cơ bệnh ung thư

Tiếp xúc với độ phóng xạ cao có thể gây những nguy hiểm nghiêm trọng cho cơ thể, liên qua đến nhiều bệnh lý như đau khớp xương, suy nhược thần kinh, giảm tuổi thọ, thậm chí tử vong

Tác động của ô nhiễm phóng xạ với cơ quan trong cơ thể cụ thể như sau:

- Hô hấp: nhiễm phóng xạ có thể gây ra ung thư vòm họng, phổi

- Máu và cơ quan tạo máu: mô limpho và tủy xương ngừng hoạt động, làm cho

số lượng tế bào trong máu ngoại vi giảm xuống nhanh chóng

10

- Hệ tiêu hóa: niêm mạc ruột bị tổn thương, dẫn đến tiêu chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng của cơ thể, ung thư

- Da: xuất hiện ban đỏ, viêm da, sạm da Các tổn thương này có thể dẫn đến viêm loét, thoái hóa, hoại tử hoặc phát triển thành khối u ác tính trên da

- Cơ quan sinh dục: vô sinh

- Sự phát triển phôi thai: phụ nữ bị chiếu xạ trong thời gian mang thai (đặc biệt

là trong giai đoạn đầu) có thể bị sảy thai, thai chết lưu hoặc sinh ra trẻ bị dị tật bẩm sinh

Liều lượng cụ thể khi con người tiếp nhận một lượng phóng xạ trong thời gian ngắn:

- Mức 0,2Sv : không có biểu hiện bệnh lý gì

- Mức 0,5Sv : giảm cầu lymph trong máu

- Mức 3Sv : làm rụng tóc

- Mức 5Sv : tỷ lệ tử vong là 50%

- Mức 10 Sv : tỷ lệ tử vong gần 100%

2 BIỆN PHÁP XỬ LÝ

Tất cả các loại chất thải phóng

xạ của nhà máy điện hạt nhân đều phải được thu gom và xử lý Ba nguyên tắc của

xử lý và quản lý chất thải phóng

11

xạ là: lưu giữ cô lập chờ phân huỷ (delay- and decay); pha loãng và làm phân tán nhỏ

ra (dilute- and disperse); và làm giàu lên để cất giữ (concentrate - and - contain) Hai

nguyên tắc sau cũng thường được dùng cho các loại chất thải khác

2.1 Công nghệ xử lý chất thải phóng xạ dạng khí: cần áp dụng cả ba nguyên tắc

trên Quy trình xử lý gồm các bước chính như sau:

Các phin lọc, chất hấp phụ/hấp thụ được xử lý như những loại chất thải phóng xạ rắn/lỏng

2.2 Công nghệ xử lý chất thải phóng xạ dạng lỏng: nhằm tách các nhân phóng xạ ra

khỏi dung dịch để làm sạch dung dịch

Các phương pháp thường dùng là: đồng kết tủa, trao đổi ion, bay hơi dung dịch, trích

ly lỏng, màng Các nhân phóng xạ được thu hồi và xử lý như những chất thải phóng

xạ rắn Sau khi đã tập trung được các chất phóng xạ với nồng độ cao thì tiến hành xử

lý định dạng để cất giữ nhằm giam giữ một cách chặt chẽ các phần tử phóng xạ có nồng độ cao trong các thể tích nhỏ, thuận tiện cho cất giữ lâu dài

Các phương pháp chủ yếu thường dùng là: đóng rắn bằng xi măng; đóng rắn bằng bitum và thuỷ tinh hoá Ngoài ra, có thể sử dụng các phương pháp khác như:

SYNROC, Polymer hoá

Việc lựa chọn phương pháp định dạng để cất giữ lâu dài phụ thuộc vào các phương pháp phân tích hoá học ban đầu; các thông số về thành phần hoá học và độ phóng xạ của khối vật liệu sẽ được định dạng và phương pháp cất giữ cuối cùng được dự kiến phù hợp với các điều kiện Nói chung, lựa chọn phương pháp tuỳ

12

thuộc nhiều vào các yêu cầu về an toàn, tính kinh tế và khả năng kỹ thuật

2.3 Công nghệ xử lý các chất thải phóng xạ dạng rắn: chủ yếu áp dụng nguyên lý

thứ ba: làm giàu và cất giữ theo mục tiêu thu nhỏ thể tích để định dạng và thuận tiện cho cất giữ Các phương pháp chủ yếu là tro hoá và định dạng giảm thể tích 10 đến

100 lần; nén ép và định dạng - giảm thể tích 3 đến 10 lần Tiến hành việc cất giữ các chất thải đã được định dạng và bao gói ở những cơ sở cất giữ thích hợp

Việc cất giữ các chất thải phóng xạ dạng rắn bao gồm: cất giữ gần mặt đất và chôn sâu các chất thải trong kết cấu địa chất

Việc cất giữ gần mặt đất thường được tiến hành trong các hào hay trong các hầm có các lớp ngăn, nhằm làm giảm hoạt độ dần với thời gian trong vòng 200 - 300 năm Với các chất thải có hoạt độ thấp thường không cần lớp chắn, chất thải thường được cho vào trong các thùng chứa Các chất thải có hoạt độ cao hơn được chôn ở các lớp sâu hơn với các kết cấu che chắn tốt hơn

Việc chôn sâu các chất thải trong kết cấu địa chất được dùng cho các loại chất thải có hoạt độ cao (nhiên liệu hạt nhân thải); thời gian cất giữ được tính cho tới nhiều nghìn năm không bị ảnh hưởng của các tác động tự nhiên; không có sự xâm nhập của các nhân phóng xạ ra ngoài môi trường do đã có che chắn và định dạng thích hợp cho chất phóng xạ Tuỳ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên có được

Nhiên liệu hạt nhân đã cháy có hoạt độ phóng xạ cao, do vậy việc quản lý thanh nhiên liệu đã qua sử dụng là một nội dung quan trọng của việc xử lý, quản lý chất thải phóng

xạ của nhà máy điện hạt nhân

Dưới đây là 8 giải pháp đối mặt với vấn đề chất thải hạt nhân và những rủi ro từ chúng:

Đưa vào không gian

13

Nỗi lo về chất thải hạt nhân sẽ tan biến và không thể gây hại cho con người nếu chúng

ta có thể đưa chúng vào hệ mặt trời Nhưng nếu các vụ phóng tàu để đưa

ra các chất thải hạt nhân vào không gian thất bại, hậu quả sẽ khôn lường Khi tàu phóng rơi xuống các đại dương, phát nổ trên vùng thượng quyển… hậu quả với con người, sinh vật trên trái đất là không thể tránh khỏi Do đó, việc đưa chất thải ra ngoài vũ trụ cần được cân nhắc Thậm chí, giả sử việc phóng ra ngoài không gian thành công theo đúng lộ trình và an toàn, rất có thể một ngày nào đó, những chất thải đó có thể quay trở lại

Chôn sâu trong lòng đất

Việc chôn chất thải hạt nhân xuống sâu dưới lòng đất là một lựa chọn ưa thích của nhiều quốc gia Tuy nhiên, nó sẽ được chôn như thế nào là câu hỏi gây ra sự tranh cãi Giải pháp chôn sâu vẫn chỉ là lý thuyết, mô tả việc đưa chất thải vào trong những chiếc hộp thép rồi chôn sâu hàng km dưới bề mặt trái đất Một lợi thế của việc chôn chất thải là có thể khoan chúng gần các lò phản ứng hạt nhân, giúp giảm khoảng cách để vận chuyển những chất thải phóng xạ xuống nơi chôn lấp