Обоснование экономико-радиологического преимущества ЗЯТЦ на базе РБН с учётом действующих стандартов МАГАТЭ по радиационной безопасности и практической реализации доказанного эффекта выравнивания канцерогенности РАО и природного уранового сырья

В 2015 г. МАГАТЭ опубликовало базовый документ «Радиационная защита и безопасность источников излучения: Международные основные нормы безопасности» (ОНБ) [1]. В документе подчёркивается, что безопасность – это не самоцель, а необходимое условие защиты людей и охраны окружающей среды в настоящее время и в будущем. Подчёркивается, что правительства должны обеспечить использование ядерных материалов и источников излучения для всеобщего блага, в условиях безопасности и с учётом мнения общественности.

Иванов В.К. – науч. руководитель НРЭР, гл. радиоэколог ПН «Прорыв», Председатель РНКРЗ, чл.-корр. РАН, д.т.н.; Чекин С.Ю.* – зав. лаб.; Меняйло А.Н. – вед. науч. сотр., к.б.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Лопаткин А.В. – науч. рук. по РЭ, д.т.н.; Толстоухов Д.А. – гл. экономист, к.т.н.; Панов С.А. – зам. нач. управления; Спирин Е.В. – гл. науч. сотр. отдела гл. радиоэколога, д.б.н.; Соломатин В.М. – нач. отдела гл. радиоэколога, к.б.н.; Каширский А.А. – нач. аналитич. отд. АО «Прорыв».

ОНБ основываются, в частности, на следующих основных принципах безопасности: «Принцип 5. Оптимизация защиты» - необходимо оптимизировать защиту, чтобы обеспечить наивысший уровень безопасности, который может быть реально достигнут;

«Принцип 6. Ограничение рисков в отношении физических лиц» - меры по контролю за радиационными рисками должны обеспечивать, чтобы ни одно физическое лицо не подвергалось неприемлемому риску нанесения вреда;

«Принцип 7. Защита нынешнего и будущих поколений» - нынешнее и будущее население и окружающая среда должны быть защищены от радиационных рисков.

Важно отметить, что в ОНБ отдельное требование посвящено радиоактивным отходам. Требование относится к представителям правительства, которые:

«а) обеспечивают, чтобы образование любых радиоактивных отходов удерживалось на минимальном практически достижимом уровне как по активности, так и по объёму;

…d) обеспечивают, чтобы деятельность по обращению перед захоронением и по захоронению радиоактивных отходов осуществлялась в соответствии с требованиями применимых норм МАГАТЭ, а также в соответствии с полученным официальным разрешением;

…f) разрабатывают и осуществляют стратегию обращения с радиоактивными отходами, а также предоставляют соответствующую информацию, свидетельствующую об оптимизации защиты и безопасности».

Как известно, реализуемый Госкорпорацией «Росатом» проект «Прорыв» ориентирован на достижение нового качества ядерной энергетики, промышленную реализацию в конечном итоге замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) на базе реакторов на быстрых нейтронах (РБН). Одной из основных стратегических задач ЗЯТЦ на базе РБН является последовательное приближение к радиационно-эквивалентному (по отношению к природному урановому сырью) захоронению радиоактивных отходов (РАО), при безусловном выполнении действующих Норм радиационной безопасности (НРБ-99/2009) [2]. Ранее нами было показано [3-6], что за счёт трансмутации минорных актинидов при ЗЯТЦ на базе РБН достигается в приемлемые сроки эффект радиологической эквивалентности РАО и природного уранового сырья с выравниванием их потенциального канцерогенеза. Эти результаты показывают возможность достижения необходимых уровней радиационной защиты текущего и будущих поколений в соответствии с Основополагающими принципами безопасности МАГАТЭ [7].

Представляет большой интерес получение соотношений потенциальных канцерогенных рисков облучённого ядерного топлива (ОЯТ) реактора ВВЭР-1000 и РАО реактора БР-1200 при выработке 1 ГВт-год электроэнергии. Речь идёт о сравнении возможных радиологических (онкологических) эффектов. Однако следует понимать, что уровень возможных медицинских последствий облучения принципиальным образом сказывается на экономической эффективности предлагаемых технологий атомной энергетики.

Материалы и методы

В ценовом выражении задача оптимизации радиационной защиты населения может быть сформулирована следующим образом (рис. 1). С ростом нормируемой величины дозы облучения, естественно, снижаются затраты, обусловленные технологией реализации допустимых уровней облучения. Вместе с тем, нарастают риски радиологических канцерогенных последствий радиационного воздействия и, естественно, финансовые затраты по их минимизации. По сути дела, возникает классическая задача оптимизации, когда необходимо минимизировать некоторый функционал при наличии ограничений на допустимые затраты (принцип ALARA).

Рис. 1. Оптимизация радиационной защиты населения.

В соответствии с НРБ-99/2009 [2] в условиях нормальной эксплуатации источников ионизирующего излучения пределы доз облучения в течение года устанавливаются, исходя из следующих значений индивидуального пожизненного риска:

• -    для персонала - 1,0x10 —3 ;

• -    для населения - 5,0x10 —5 .

Уровень пренебрежимо малого риска составляет 10-6.

Рассмотрим состав и радиационные характеристики направляемых на захоронение долгоживущих отходов для открытого топливного цикла (ОТЦ) на основе реактора ВВЭР-1000 и замкнутого топливного цикла (ЗТЦ) на основе реактора БР-1200. Предполагается, что в ОТЦ на захоронение направляется ОЯТ после выдержки 10 или 30 лет. В ЗТЦ на захоронение направляются РАО от переработки ОЯТ, состоящие из 0,1% Sr, Cs, Tc, I, U, Np, Pu, Am, Cm от их содержания в ОЯТ и всех остальных радионуклидов. Предполагается, что до захоронения РАО ЗТЦ выдерживаются 10 лет после момента завершения регенерации ОЯТ. Выработке электроэнергии 1 ГВт-год соответствует масса ОЯТ 19,2 т тяжёлых металлов (для реактора ВВЭР-1000) или масса РАО 8,52 т тяжёлых металлов (для реактора БР-1200).

В табл. 1 показана динамика суммарной потенциальной биологической опасности (ПБО, Зв) для ОТЦ и ЗТЦ при времени выдержки до 10 тыс. лет. ПБО в рамках данной работы понимается как предельно возможная канцерогенная опасность РАО, ОЯТ или исходного природного уранового сырья, при поглощении всех содержащихся в них радионуклидов человеческой популяцией. ПБО выражается в единицах коллективной эффективной дозы. Значение ПБО для ЗТЦ остаётся ниже соответствующего показателя для ОТЦ примерно на два порядка. Эти данные позволяют перейти к оценке канцерогенных рисков с использованием новых технологий Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ).

Таблица 1

Динамика суммарной ПБО (Зв) для ОТЦ и ЗТЦ в зависимости от времени выдержки ОЯТ и РАО

	Время выдержки, лет
	200	500	1000	4000	6000	8000	10000
ПБО ОТЦ, Зв	7,80⋅108	4,54⋅108	2,74⋅108	1,11⋅108	9,42⋅107	8,22⋅107	7,28⋅107
ПБО ЗТЦ, Зв	6,15⋅106	3,19⋅106	1,97⋅106	9,74⋅105	8,41⋅105	7,34⋅105	6,45⋅105

Оценка радиационного канцерогенеза осуществляется по современной технологии МКРЗ с определением величины пожизненного атрибутивного риска (LAR) [8]. В данном случае величина LAR характеризует пожизненное избыточное число случаев смерти от злокачественных новообразований (ЗНО) в облучённой популяции по сравнению с такой же необлучённой популяцией. Для однократного облучения в возрасте e с эквивалентной дозой H T в органе или ткани T пожизненный атрибутивный риск смертности от ЗНО локализации T определяется формулой:

LAR(s,e,H _T) = ^ aoo [EAR(s, e, а, Н т ) • 5 т (е, a)] , (1)

где s – пол; e – возраст при облучении; H T – эквивалентная доза в органе или ткани T ; EAR – интенсивность избыточного абсолютного риска смертности от ЗНО (риск в год) в возрасте a при облучении ткани T дозой H T в возрасте e для лиц пола s ; S T – функция дожития от возраста e до возраста a .

Результаты и обсуждение

На рис. 2 показана динамика величины R как отношение LAR для ОТЦ к LAR для ЗТЦ для разного времени выдержки (до 10 тыс. лет). Как видно из этого рисунка, в среднем ОТЦ более токсичен по радиационно-обусловленному канцерогенезу, чем ЗТЦ, в 131,8 раза. Что это означает? Ранее было показано [9-11], что при ЗТЦ достигается в приемлемые сроки (100 лет выдержки) радиологическая эквивалентность по канцерогенности РАО и природного уранового сырья. Превышение канцерогенного риска ОТЦ в 131,8 раза по отношению к ЗТЦ требует 15,6 тыс. лет выдержки для достижения в ОТЦ радиологической эквивалентности, т.е. обеспечения необходимого уровня радиационной безопасности населения. В частности, ранее было показано, что невыполнение требования радиологической эквивалентности приводит при определённых условиях к росту заболеваемости ЗНО на 20% [12].

Время выдержки (T), лет

Рис. 2. Отношение (R) канцерогенных рисков ОЯТ реактора ВВЭР-1000 к канцерогенным рискам РАО реактора БР-1200 при выработке 1 ГВт·год электроэнергии для разных интервалов выдержки (T) ОЯТ и РАО.

Рассмотрим далее сценарий, при котором предполагается захоронение ОЯТ ВВЭР-1000 без достижения эффекта радиологической эквивалентности ОЯТ и природного уранового сырья. Установлено, что эффективная доза от потребления колодезной воды над местом глубинного захоронения ОЯТ ВВЭР-1000 в течение 30 тыс. лет составит в среднем 25 мкЗв, затем лучевая нагрузка для населения будет ниже 10 мкЗв [13], а радиационный канцерогенный риск - пренебрежимо мал (рис. 3).

ИЗЪЯТИЕ И ОСВОБОЖДЕНИЕ ОТ КОНТРОЛЯ

Нормы безопасности МАГАТЭ

Радиационная зашита и безопасность источников излучения Международные основные нормы безопасности

•■■№»* ITM жиах> «я к ewer j КС* п*и е*о <*♦-

*t ® У @9 2 Ф ®* о

Общиетребсеаинябеюлхжхти «тьЗ Me GSR Part 3

КРИТЕРИИ ИЗЪЯТИЯ

I 2. Практическая деятельность или источнике рамках практической деятельности могут быть изъяты из сферы действия некоторых или всех требований настоящих Норм,... если во всех разумно предполагаемых обстоятельствах эффективная доза, которая, как ожидается, будет получена любым лицом. ..составляет порядка 10 мкЗв в годили менее.

Для учета маловероятных сценариев можно использовать другой критерий, а именно что эффективная доза, которая, как ожидается , будет получена любым лицом при таких маловероятных сценариях, не превышает 1 мЗв в год.

Рис. 3. Нормы безопасности МАГАТЭ.

Рассмотрим популяцию в 100 тыс. человек, проживающих в регионе захоронения ОЯТ ВВЭР-1000. Радиационный канцерогенный риск для этой популяции составит 0,125 в год. Суммарное число случаев смерти от ЗНО (0,125x30000) будет 3750.

Оценим экономические потери. На основе постулата Неймана-Моргенштерна [14] экономический эквивалент (Э) жизни человека определяется:

Э = Д / Р ,                                                                           (2)

где Д - среднедушевой денежный годовой доход (для России в 2021 г. - 552 тыс. руб./год [15]); Р - средняя частота смерти за год (для России в 2021 г. - 0,0167/год [16]).

С учётом оценок Д и Р величина экономического эквивалента жизни человека в России составит 34,5 млн руб. Умножая 34,5 млн руб. на 3750, получаем окончательно 129,4 млрд руб. (потенциальный радиологический ущерб).

За счёт достижения РАО БР-1200 одновременно радиологической и радиологической миграционной эквивалентности (100 лет) для ЗЯТЦ на базе РБН потенциальный радиологический ущерб отсутствует.

Использование РБН в ЗЯТЦ (БР-1200) вместо реактора ВВЭР-1000 для выработки 1 ГВт-год электроэнергии снижает потенциальный радиологический ущерб при захоронении РАО на 129 млрд руб. за счёт реализации технологии радиологической эквивалентности РАО и природного уранового сырья.

Величину экономического эквивалента (Э) жизни человека в России можно также оценить на основе показателя валового внутреннего продукта (ВВП) на душу населения. Для этого примем значение величины Д в формуле (2) в соответствии с ВВП на душу населения по данным

Росстата за 2022 г. [15], а именно, 1 045 813 руб./год. В этом случае величина Э =65,4 млн руб., а величина потенциального радиологического ущерба составит 245,1 млрд руб. на 1 энергоблок с РУ ВВЭР-1000, что в 1,9 раза превышает предыдущую оценку на основе среднедушевого денежного годового дохода.

Выводы

• 1.    Установлено, что канцерогенная токсичность ОЯТ ВВЭР-1000 в среднем более чем в 132 раза превышает аналогичный показатель для РАО БР-1200 на временном интервале выдержки в 10 тыс. лет.

• 2.    Радиологическая эквивалентность, когда выравнивается канцерогенность РАО (ОЯТ) и природного уранового сырья при выработке 1 ГВт в год электроэнергии, достигается:

• -    для РАО реактора БР-1200 за 100 лет выдержки;

• -    для ОЯТ реактора ВВЭР-1000 за 15,6 тыс. лет выдержки.

• 3.    Потеря выручки, связанная с повышением частоты онкосмертности при захоронении ОЯТ реактора ВВЭР-1000 без достижения эффекта радиологической эквивалентности, оценочно составляет 129 млрд руб./ГВт⋅год.

Публикация подготовлена по результатам выполнения работ в Госкорпорации «Росатом» в рамках ПН «Прорыв» .