При этом возрастают потери нейтронов, эффективность процессов деления ядер урана и энергоотдачи реактора в целом падает. Поэтому через определенное время ядерное топливо подлежит замене. В среднем ежегодно необходимо менять примерно одну третью часть общего количества ядерного топлива реактора (то есть полная замена должна идти через 3 – 4 года). Извлеченная из реактора остаточная часть отработавшего ядерного топлива и составляет основу реакторных РАО. Конечно, стремятся к тому, чтобы она была возможно меньшей, но пока она является неизбежной.

Таким образом, основным видом реакторных РАО является ОЯТ, обладающее огромной активностью и высокой радиационной опасностью. В реакторах, работающих по схеме открытого (разомкнутого) ЯТЦ, отработавшее ядерное топливо вместе с остаточными делящимися материалами исключаются из дальнейшего использования и подлежат хранению или захоронению как РАО. Поэтому разомкнутый ЯТЦ характеризуется низкой эффективностью использования природного урана (до 1%).

Однако, как отмечалось, безоговорочно относить ОЯТ к категории РАО нельзя. Оно содержит «невыгоревший» уран, накопленный плутоний и многие другие полезные компоненты. Возможность повышения эффективности использования урана и вовлечения в ЯТЦ плутония как нового энергоносителя являются основными аргументами в пользу закрытого (замкнутого) цикла. В реакторах, работающих по схеме закрытого ЯТЦ, отработавшее топливо поступает на переработку для повторного использования. В этом случае оно уже не является РАО.

Переработка ОЯТ обходится дорого и связана с большими трудностями, необходимостью его длительной выдержки для заданного спада активности, с повышенной радиационной опасностью технологических процессов. Кроме того, при радиохимической переработке ОЯТ происходит образование огромного количества РАО. Поэтому в разных странах выбор схемы ЯТЦ решается по-разному. Следовательно, по-разному решается и вопрос о том, является ли ОЯТ отходом.

Примечание. Так, в США, Бельгии, Канаде, Швеции и многих других странах принята схема открытого ЯТЦ, в России, Франции, Великобритании, Японии и др. – закрытого ЯТЦ. Лишь 5 государств (Индия, Япония, Великобритания, Россия, Франция) перерабатывают (или намереваются перерабатывать) ОЯТ на своих предприятиях. Большинство же стран предпочитают либо хранить ОЯТ, пока не будет найден эффективный метод его переработки, либо передают ОЯТ на переработку другим странам.

Конструктивно урановое ядерное топливо размещается в герметичных тонкостенных цилиндрах. Поскольку обычно используемая часть ядерной энергии в реакторе выделяется в тепловом виде, цилиндры с ядерным топливом называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами). Совокупность объединенных ТВЭЛов называется тепловыделяющей сборкой (ТВС). В состав ТВС может входить до 120 – 320 ТВЭЛов в зависимости от типа реактора. Таким образом, непосредственными носителями реакторных РАО оказываются отработавшие свой срок ТВЭЛы и ТВС (рис. 3).

Рис. 3. ТВЭЛ и ТВС

Вторым источником реакторных РАО являются газо-аэрозольные выбросы радионуклидов в атмосферу (жидкие сбросы в водоемы), образование которых возможно при неисправностях системы теплоотбора и теплоотвода реакторов.

При нормальном режиме работы реактора, т.е. пока обеспечивается достаточный теплосъем с ТВЭЛов, накапливаемые в них продукты деления (в том числе газообразные) надежно удерживаются внутри этих элементов. Однако, следует иметь в виду, что эксплуатация ТВЭЛов протекает в очень жестких условиях: при повышенном давлении образующихся газов, при высокой температуре, которая во внутренней области достигает 2000ºС, а на поверхности – 350 – 500ºС. При этом допускается определенная конструктивная газовая негерметичность оболочек ТВЭЛов (в реакторах типа ВВЭР – до 1%, а степень негерметичности, при которой возможен прямой контакт теплоносителя с делящимся материалом, до 0,1%). Для реакторов типа РБМК эти коэффициенты на порядок меньше.