Хранение и захоронение

Хранение является временной мерой обращения с отходами, после которой должны следовать их переработка и/или захоронение. Захоронить оз­начает навечно поместить РАО в специальные пункты (могильники), находясь в которых они выводятся из сферы человеческой деятельно­сти и биологических процессов на времена геологического масштаба, значительно более длительные, чем жизнь многих поколений людей.

Как уже отмечалось, в настоящее время в России накоплено ~ 600 млн. м³ РАО с активностью около 1,5 млрд Ки., а на предприятиях Минатома России хранится около 8,5 тыс. т ОЯТ с активностью около 4,5 млрд. Ки.

Основная цель хра­нения отходов – контроль снижения их радиоактивности и тепловыделения до безопасного уровня транспортирования, недостаток мощностей для обработки РАО, отсутствие необходимых технологий и не полностью решенная проблема надежного захоронения.

Для хранения жидких отходов используют наземные хранилища, представляющие металлические и железобетонные емкости из нержавею­щей стали (для ВРАО) или специальные водоемы, хранилища траншейного типа или подземные камеры (для СРАО и НРАО).

Отработанные твэлы должны находиться над водой, непосредствен­но вблизи реакторов. Таким образом хранят основное (99%) количест­во ОЯТ, лишь около 1% его размещено в сухих хранилищах. В бас­сейнах твэлы с ОЯТ располагают на специальных стойках или стеллажах. Эти стальные или алю­миниевые конструкции фик­сируют сборки, исключая возможность сдвига ядерного топлива и образования кри­тической массы, в том числе при сейсмическом воздейст­вии на хранилище. Мини­мальная толщина защитного слоя воды составляет ~3 м, но обычно она достигает 8 м, что эквивалентно 3,4 м бето­на. Такая технология хране­ния обусловлена тем, что твэлы из реактора вынимают разогретыми до 700-800°С. Поскольку в нашей стране полный комплект оборудования по под­готовке ТРО к хранению и захоронению отсутствует, то хранятся они, как правило, без сортировки на группы по виду, материалам и спосо­бам обработки. Поэтому большинство хранилищ переполнено, хотя степень их использования зачастую не превышает 50-60%.

На АЭС обращение с РАО заключается в хранении твердых, отвержденных и концентрированных (упаренных) их видов на площадках станций. Это можно допускать только как временную меру, поскольку, например, токсичность ВРАО превышает аналогичный показатель силь­нейших химических ядов более чем в 2000 раз. В настоящее время отходы от производства оружейных ядерных материалов хранятся на территории предприятий.

Основной источник радионуклидов — ОЯТ. Их активность втрое превышает ее во всех других типах РАО. При этом активность ОЯТ реакторов РБМК составляет 3,040⁹ Ки или 2/3 содержащейся на АЭС. Однако именно это ОЯТ не перера­батывается и хранится в контейнерах на открытых площадках трех станций, где скопилось более 45 тыс. тепловыделяющих сборок.

Непосредственную угрозу экологической безопасности страны создает ситуация с хранением радиоактивных материалов на ВМФ и гражданском морском флоте. Хотя общая активность ОЯТ (3,2-Ю⁷ Ки), жидких (6,8-10² Ки) и твердых (2,0-10⁴ Ки) РАО в данном случае многократно ниже, чем на АЭС и предприятиях Мина­тома России, положение чрезвычайно опасно, так как эти материалы размещены в переполненных штатных и временных береговых храни­лищах, в плавучих базах.

Зарубежные концепции временного хранения отходов аналогичны российским. В большинстве случаев временными хранилищами служат слабозаглубленные траншеи и железобетонные бункера в глине, в дру­гих аллювиальных отложениях. В них помещают сравнительно большие битумные, бетонные или стеклообразные блоки средней активности вокруг бункера иногда создают дополнительные барьеры в виде облицовки, засыпки сорбентом, слоем глины толщиной 2-3 м. Известны также хранилища курганного типа.

Технические решения и организационные мероприятия по обеспечению безопасности при захоронении РАО должны быть установлены и обоснованы в проекте пункта захоронения радиоактивных отходов ПЗРО (или пункта глубинного захоронения жидких радиационных отходов (ПГЗ ЖРО) на основе прогнозного расчета для оценки безопасности системы захоронения РАО с учетом:

- радионуклидного состава захораниваемых РАО;

- допустимой суммарной активности захороненных РАО;

- суммарной и удельной активности радионуклидов (средней и максимальной) в упаковке РАО в ПЗРО;

- допустимого количества хранящихся и захораниваемых упаковок РАО;

- удельной активности (средней и максимальной) захораниваемых ЖРО;

- допустимого содержания долгоживущих радионуклидов в ЖРО;

- удельной активности (средней и максимальной) трансурановых нуклидов в ЖРО, захораниваемых в ПГЗ ЖРО.

Могильники РАО классифицируют по следующим признакам:

- расположение относительно земной поверхности;

- конструкция;

- способ строительства;

- вмещающая порода;

- статус.

По расположению относительно земной поверхности могильники подразделяют на:

- наземные сооружения, где помещения для захоронения отходов, система защитных инженерных барьеров и/или любые другие элементы конструкции могильника расположены выше уровня земли;

- заглубленные сооружения, где помещения для захоронения отходов, система защитных инженерных барьеров и все остальные элементы конструкции могильника расположены на глубине до 100 м ниже уровня земли.

По конструкции могильники, обустроенные системой инженерных барьеров, подразделяют на:

- курганы из ограждающих железобетонных конструкций с упаковками РАО;

- слабозаглубленные железобетонные сооружения: траншеи, котлованы, стволы;

- геологические образования и полости естественного и искусственного происхождения.

По способу строительства могильники подразделяют на сооружения, создаваемые открытым и подземным способами.

По типу вмещающих пород могильники классифицируют на сооружения, создаваемые:

- в высокопроницаемых грунтах зоны аэрации (пески, песчаники, супесь);

- в низкопроницаемых грунтах (глины, суглинки, скальные породы, каменная соль);

- в многолетнемерзлых грунтах.

По статусу территориального расположения и сферы обслуживания могильники подразделяют на:

- местные, обслуживающие одно предприятие и расположенные непосредственно на территории предприятия или вблизи его;

- региональные, обслуживающие предприятия и организации одного региона (области) и расположенные на отдельной площадке или на территории одного наиболее крупного предприятия;

- межрегиональные (централизованные), обслуживающие предприятия более чем одного региона.

Могильники предназначены для захоронения твердых и отвержденных короткоживущих отходов (с ограниченным содержанием долгоживущих радионуклидов), срок потенциальной опасности которых сопоставим с продолжительностью функционирования инженерных барьеров системы захоронения. Выполнение требования по продолжительности защитных функций инженерных барьеров могильника должно быть обосновано в проекте. При определении проектной номенклатуры короткоживущих отходов, принимаемых на захоронение, срок их потенциальной опасности может быть не более 300-500 лет. Короткоживущие отходы, срок потенциальной опасности которых составляет лишь несколько десятков лет и сопоставим с временем эксплуатации предприятия, где образуются отходы, допускается хранить при предприятии без направления на захоронение с последующим обращением с ними (при выводе предприятия из эксплуатации) как с нерадиоактивными отходами.

Допустимое (ограниченное) содержание долгоживущих радионуклидов в короткоживущих отходах определяют на основе оценки безопасности захоронения при проектировании. Методы определения допустимого содержания долгоживущих радионуклидов в короткоживущих РАО установлены в нормативных документах.

Слабозаглубленные сооружения могут быть использованы для захоронения всех категорий короткоживущих отходов.

Наземные сооружения, как правило, используют только для захоронения короткоживущих низкоактивных отходов, а также отходов, содержание радионуклидов в которых не превышает нижней границы, установленной для твердых РАО, но может привести к индивидуальной эффективной годовой дозе облучения более 10 мкЗв в любых условиях обращения и нахождения отходов в окружающей среде без соблюдения мер радиационной защиты.

Вместимость могильников ограничивают допустимым суммарным содержанием радионуклидов по результатам оценки безопасности захоронения и которая должна быть обоснована путем оптимизации суммарных затрат на транспортирование и захоронение. Рекомендуется строительство могильников на ПЗРО оптимальной (по технико-экономическим показателям) суммарной вместимости.

Проблема захоронения радиоактивных веществ также далека от окончательного разрешения. В настоящее время она частично реализо­вана лишь для НРАО и СРАО.

В России освоено захоронение ЖРАО закачкой их под землю на единственных в мире полигонах под Дмитровградом, Томском и Крас­ноярском. За 35 лет их эксплуатации через скважины на глубины до 1500 м подано 50 млн м³ растворов, или около половины радиоактив­ности России от жидких СРАО и НРАО. В частности, на опытно-промышленном полигоне Дмитровграда использованы два горизонта среднего и нижнего карбона на глубине 1140-1470 м. Пробы грунтов с глубины 180-1550 м контрольных скважин показали, что дальность распространения нуклидов достигает 1,2-6,0 км.

За рубежом основополагающим принципом экологической безопасности и надежности изоляции РАО является их удаление в слабопроницаемые подземные геологические формации с использованием естественных и инженерных барьеров. При этом геологические формации выпол­няют долговременные изолирующие функции. Значение инженерных барьеров во времени ограничено.

Подземная изоляция предназначена прежде всего для ТРАО, а также отвержденных РАО и может проводиться в могильниках раз­личного типа:

- в специально создаваемых подземных сооружениях, камерах, сква­жинах, других емкостях с малой (до 100 м), средней (до 100-300) и большой (свыше 300-500 м) глубиной заложения;

- в буровых скважинах различной глубины;

- в специально оборудованных выработках закрытых рудников, шахт, других подземных сооружениях;

- в приповерхностных сооружениях слабозаглубленного типа.

В настоящее время наиболее универсальной и типичной конструк­цией для подземного захоронения представляется первый тип могиль­ника, включающий шахтные стволы, рабочие камеры или скважины для размещения РАО или ОЯТ. На поверхности такого могильника должны располагаться пункты для приема упаковок, контейнеров, и других емкостей с отходами, дезактивационные помещения, бы­товые комбинаты, санпропускники и пр.

В ряде случаев для изоляции ВАО предпочтительнее буровые скважины различной глубины. Они обеспечивают меньшие затраты и сроки строительства сооружений в сравнении с подземными хранили­щами. Контейнеры с отходами размещают по оси скважины. В ее верхней части устанавливают герметизирующую пробку, перекрывающую не только водоносные горизонты, но и толщу пород над отходами в пределах защитной зоны. Пространство между отходами и стенками скважины необходимо заполнять температурно-устойчивой смесью, например бентонитовой глиной или специальным бетоном.

Использование выработанных рудников и шахт диктуется наличием в них уже имеющихся больших объемов свободного пространства, что обещает экономию капитальных затрат. Однако более глубокий анализ показывает, что перестройка рудника или шахты в могильник является весьма сложной технической задачей и влечет капитальные вложения, сопоставимые с затратами на создание специальных сооружений - гидроизоляция и разрыв гидравлической связи рудников и шахт с поверхностью, на укрепление массивов пород и т.д. Обследование 200 рудников Урала в РФ показало не соответствие их состояния требованиям к могильникам.

Могильники приповерхностного типа функционируют во всех стра­нах, имеющих РАО, и вследствие относительно небольших временных и финансовых затрат на строительство их обычно создают открытым способом в отложениях глин на глубине до 50 м, оставляя защитный слой не менее 6 м между дном хранилища и верхним уровнем воды. Сооружения этого типа подразделяют на траншеи, котлованы, колодцы.

Траншеи и котлованы используют для размещения НРАО и СРАО в местах, удаленных от населенных пунктов. Изоляция материалов дости­гается инженерными барьерами (упаковочные контейнеры, ограждения, засыпка, глинистые, цементные, битумные экраны и пр.). Они играют основную защитную роль в течение всего периода сохранения радио­токсичности, когда проводится контроль состояния сооружений и ок­ружающей среды.

Обычно новые методы захоронения предусматривают размещение контейнеров с отходами в бетонных сооружениях с защитными под­стилающими слоями толщиной до 1,5-2,0 м. На выровненный фунда­мент хранилища укладывается до пяти таких слоев из природных и искусственных (дробленный до 1,5-3,0 мм полиэтилен) материалов, сооружается дренаж. Доза радиации на поверхности заполненной траншеи близка к естественной, составляя 0,2 Гр/ч.

Колодцы (коллекторные трубы большого диаметра) для размеще­ния отходов применяют в районах с резкими колебаниями климата, что может ухудшить физико-механические свойства материалов, исполь­зуемых при строительстве хранилищ.

Решающее значение при выборе места для подземного захоронения и/или долговременного хранения отвержденных и твердых РАО имеет характер пород геологической формации. В соответствии с современ­ными представлениями формации должны быть пред­ставлены кристаллическими или многолетними мерзлыми горными по­родами, каменной солью или глинами.

В практическом плане проблема захоронения ТРАО находится на начальной стадии реализации. Только Франция и Германия имеют промышленную практику в этом вопросе. Во всех случаях захоронялись низко- и среднеактивные материалы. Например, в шахте Горлебена (объем 7000 м) выполнены работы по про­кладке над соляным куполом двух стволов на глубину 950 м и тоннеля между ними на глубине 700 м. В эксплуатацию введено также вре­менное централизованное хранилище размером 89x61x5 м для 35 тыс. барабанов емкостью по 200 л, способное принять на промежуточное размещение 1500 т ОЯТ.

Остальные страны пока находятся на стадии исследований, полевых экспериментов и опытных захоронений, отложив окончательное реше­ние проблемы на 2020 г. В частности, сейчас в мире нет ни одного полностью возведенного в строй могильника для глубинного захоронения ТРАО. Это обусловлено не только сложностью проблемы, но и тем, что при временном хранении РАО на поверхности земли легче кон­тролировать процессы тепловыделения, в частности наступления его спада.

Более обширен зарубежный опыт захоронения ЖРАО и отвержденных РАО, в котором проявляется тенденция их размещение в одном могильнике на значительных глубинах. Для этого используют шахты и штольни, преимущественно в массивах каменной соли. Сред­не- и низкоактивные материалы складывают навалом или в бочках и канистрах. Высокоактивные РАО опускают в скважины в основании камер и штреков. В некоторых случаях создают дополнительные ин­женерные барьеры.

Кардинально, в масштабах всей страны, решается проблема под­земного захоронения РАО в США (разрабатываются технологии глубокого подземного захоронения на ядерных полигонах путем хранения канистр с ЖРАО на глубине 420 м в горных выработках и ВРАО в контейнерах из нержавеющей стали, помещенных в скважину глубиной 420 м.), Германии (хранение РАО в двух верти­кальных стволах, расположенных на расстоянии 1500 м друг от друга за­крытых железорудных рудников на горизонтах 800-1300 м), Испании (наземный могильник), Финляндии (подземный могиль­ник объемом 5400 м для НРАО, расположенный в скальном грунте на глубине 60-100 м.), Великобритании (сооружены 8 камер в вулканических породах на глубине 700-1000 м, затем начнется оборудование камер для НРАО), Бельгия (строит экспериментальное хранилище в глинах на глуби­не 250 м в виде систем галерей, из которых пробурены наклонные скважины для спуска канистр.

Таким образом, приняв концепцию окончательного глубокого под­земного захоронения РАО, разные страны используют для этого раз­личные геологические формации: глины (Бельгия, Италия, Франция, Япония), скальные породы (Аргентина, Великобритания, Индия, Ис­пания, Канада, США, Финляндия, Франция, Швейцария, Швеция, Япония), каменную сол ь (Испания, Нидерланды, США, Франция, Германия ), шахты (Бельгия, США, Германия).

Заканчивая рассмотрение проблемы хранения и захоронения РАО, необходимо отметить наличие в ней двух тенденций, относящихся к способам организации работ, — локальному или централизованному размещению отходов.

Локальная концепция предусматривает хранение-захоронение отхо­дов по месту их возникновения. Это экономит время, средства, снима­ет проблему безопасной транспортировки, но посте­пенно приведет к «расползанию» радиоактивных веществ, увеличению числа охранных зон.

Централизованная схема предполагает организацию пунктов захо­ронения для всей страны или группы стран в немногих наиболее под­ходящих местах. Такой подход в стратегической перспективе экологи­чески более приемлем, позволяя выбрать наилучшие решения по захо­ронению отходов на неопределенное время. Однако в этом случае обо­стряется вопрос о стоимости и безопасности перевозок РАО, о противодействии им населения, более обеспокоенных сохранением радиационной безопасности для своего поколения, чем угрозой будущим землянам спустя многие сотни и тысячи лет.

Дата добавления: 2014-01-06