³H₂O of FUKUSHIMA

Сегодня начинается начало сброса радиоактивной воды с АЭС Фукусима-1. Процесс этот будет продолжаться в течение 30 лет. Водой заполнено порядка 1000 резервуаров (~1,25 млн тонн воды) и планируется направлять ее через подводный туннель и сбрасывать ее примерно в километре от береговой линии электростанции после обработки и разбавления в 100 раз морской водой до объемной активности порядка 1500 Бк/л.

Про тритий в @LAB66 написано уже не мало:

• Вода с тритием на АЭС Монтичелло (США)
• Тритий — последний из “радиационных могикан”
• ​​Зачем БелАЭС дымовые трубы?
• Тритий. Введение

Но тем не менее замечания (пояснения) имеются.

1. Откуда взялся тритий в воде?

Тритий — это изотоп водорода. В природе тритий образуется в верхних слоях атмосферы при соударении частиц космического излучения (нейтроны с энергиями около 4 МэВ) с ядрами атомов, например атмосферного азота. А в искусственных условиях он всегда образуется на всех ядерных реакторах — как продукт деления ядер урана-235, в результате реакции на ядрах дейтерия находящихся в воде-теплоносителе, при захвате нейтронов ядрами бора и лития (вода-теплоноситель с добавками-регуляторами), при реакциях быстрых нейтронов с ядрами азота, лития, бора, кальция и проч, находящихся в составе конструкций реактора. Часть реакций образования трития протекает в воде первого контура АЭС, часть — в ТВЭЛах и стержнях регулирования (далее тритий все равно попадает в реакторную воду за счет диффузии или утечки).

Большая часть трития, наработанного на атомной станции, покидает АЭС с жидкими стоками (т.н. низкоактивные отходы). Содержание трития в жидких стоках при штатной работе АЭС намного превосходит содержание всех остальных нуклидов, а в газообразных выбросах количество трития уступает только количеству радиоактивных благородных газов. Изначально вода АЭС Фукусима ничем не отличалась от любых других подобных стоков АЭС, только содержание трития там было в разы больше по определению (ибо авария же).

2. Можно ли очистить воду от трития?

Да, методы разделения воды по изотопам водорода существуют. Самым простым и энергозатратным методом является очистка воды в ректификационных колоннах. Другим не менее энергозатратным способом очистки является комбинированный с электролизом изотопный обмен вода — водород на катализаторе. Так же для этих целей используется двухтемпературный изотопный обмен в системах вода — водород или вода — сероводород. Еще возможно использовать вакуумное замораживание холодного пара с последующим оттаиванием. Действующих промышленных установок очистки от трития не так много. Самая большая установка предназначена для очистки тяжелой воды на реакторах CANDU в Канаде (CIRCE, 300–500 кг/ч). Установки поменьше — в Южной Корее (Wolsong tritium removal facility, 100 кг/ч) и в Румынии (ICSI-TRF, 4–8 кг/ч).

В отличие от трития для очистки воды от ионов (цезия, стронция, урана etc) существуют более-менее экономически выгодные методы сорбционной очистки или обратного осмоса. И кстати прошу разделять улавливание ³H из газообразных выбросов (что освоено даже на БелАЭС) и выделение ³H из огромного объема воды. Это абсолютно разные, не сравнимые вещи.

3. Опасность для биологических организмов?

Тритий является особо опасным изотопом для человеческого организма (β — излучатель 18,6 кэВ с периодом полураспада 12,32 лет), так как легко встраивается в клеточную структуру и является источником внутреннего облучения. Соответственно попадая в организм, сверхтяжелая тритиевая вода будет долго циркулировать в организме, облучая его изнутри. Биологический период полу-выведения трития из организма составляет 12 дней.

С одной стороны энергия бета-частицы (18,6 КэВ) достаточно мала (пробег частицы в воздухе ~ 6 мм, через верхний слой кожи она пройти не сможет). Но с другой стороны внутри организма, где нет барьеров в виде кожи, энергии может хватить для того, чтобы вызвать повреждение ДНК. Плюс не забываем про сопутствующее распаду разрушение молекулярных связей (замена водородного атома атомом инертного газа гелия ³He, который образуется в результате распада).

При вдыхании человеком паров тритиевой воды (~сверхтяжелой воды) 98–99 % ее активности всасывается через дыхательные пути, выдыхается с воздухом всего 1–2 % активности. Также пары сверхтяжелой воды легко проникают через кожу (скорость всасывания сверхтяжелой воды через кожу из загрязненной атмосферы ≈ скорости всасывания через легкие).

4. Корейцы запасаются морской солью, опасаясь накопления трития, имеет ли это смысл?

Бессмысленно. Если хочется обезопасить себя — прокалите соль в духовке, желательно с включенной вытяжкой. Сверхтяжелая вода — это вода, при прокаливании улетучится. Примерно такой же совет будет для всех остальных, опасающихся трития в любимых суши/нори/рыбе. Отдавайте предпочтение сухим продуктам, в которых количество воды минимально — и минимизируете содержание воображаемой воды сверхтяжелой. Кстати антидот на тритий — обильное питье обычной чистой воды. Пить йодиды НЕ НУЖНО.

5. Есть ли смысл в действиях японцев?

Есть. Постепенный сброс воды одобрен МАГАТЭ. Оператор ТЕРСО настаивает, что система фильтрации ALPS удалила все радиоактивные элементы включая цезий и стронций.

ALPS (Advanced Liquid Processing System) — это система откачивания и фильтрации, в которой используется ряд химических реакций, позволяющих удалить из загрязненной воды 62 радионуклида, кроме трития

Даже в случае если бы был способ концентрирования сверхтяжелой воды — всякое выделение опасных веществ из некой среды приводит к увеличению концентрации опасных веществ и вследствие проблемам в обращении и хранении. Самым экономичски целесообразным было бы выдержать тритий до распада основной массы. Поэтому с точки зрения здравого смысла миллион тонн загрязненной воды постепенно разбавить ниже ПДК и вылить в океан (где она разбавится еще сильнее) действительно безопаснее чем выделить N-ный объем сверхтяжелой воды при помощи неизвестной пока весьма сложной и дорогой технологии. Во время такого выделения мы сможем не только переоблучить персонал в процессе очистки, но и должны будем решать вопрос с безопасным хранением/захоронением того, что получилось. Нужно будет отдельно хранилище низкоактивных радиоактивных отходов. Стоящие сейчас как попало в прибрежной зоне разномастные баки это не хранилище радиоактивных отходов, это не более чем временная мера. Также не забываем что за указанные в статье 30 лет пока будут сливать воду, активность трития упадет еще примерно в пять раз.

6. Накапливается ли изотоп трития в морских организмах?

Биологические процессы в живых организмах, в том числе донных, протекают постоянно. Поэтому безусловно какая-то часть сверхтяжелой воды успеет попасть в морские организмы которые находятся в точке сброса и даже включится в биологические цепочки до того, как разбавится до незначительного уровня. Но сверхтяжелая вода — это просто вода. Водород-3 не обладает такой селективностью к биологическим тканям, как например йод-131, цезий-137, стронций-90 и не будет предпочтительно накапливаться в живых организмах. Гораздо большие опасения могут вызывать другие изотопы, которые могли быть НЕ удалены из воды с помощью ALPS. Независимый контроль всех 1,25 млн тонн воды никто не проводил. Тем более что несколько раз миссия МАГАТЕ обнаруживала, что фильтры неисправны и их заменяли. Хочется верить, что перед каждым циклом сброса (24 августа в 13:00 по японскому времени начался сброс 7800 первых тонн воды) будет проводится выборочный контроль изотопного состава.

Поддержать автора (блог LAB-66) можно через PayPal (@steanlab), Patreon или криптовалютный донат