Моделирвоание радиоаквтиного загрязнения грунтовых вод хвостохранилища «Днепровское» ГП «Барьер»

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ УКРАИНЫ

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ  И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

Факультет Информационных технологий Утверждаю                "___"_________2010г. Декан факультета ____________________ Е.В. Азаренко

Кафедра Компьютерного эколого-экономического мониторинга Допущен к защите "___"_________2010г. Заведующий кафедрой ____________________И.П. Шумейко

УДК 574.64:621.039.7(477):502.001.57(04)

 

ВЫПУСКНАЯ РАБОТА МАГИСТРА

по специальности  "_____Компьютерный эколого-экономический мониторинг_________"

на тему: " _____ Моделирование радиоактивного загрязнения грунтовых вод ________хвостохранилища «Днепровское»_ГП «Барьер»____"

Студента группы ___661-М___ факультета ____Информационных технологий________

____________________ Заниздры Валерии Сергеевны_______________________

Научный руководитель  доцент Шумейко И.П.__________________________________

Научные консультанты     доцент Шумейко И.П.__________________________________

ст. преподаватель Куликова Е.В.

ст. преподаватель Михнев С.С.

Нормоконтроль           ст. преподаватель Черненькая В.П.  _______________________

Рецензент  ______________   ___________________________________________

(должность, научная  степень, ученое звание,

фамилия и инициалы)

 

 

Севастополь 2010 г

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

 

ПО – производственное объединение;

ПХЗ – Приднепровский химический завод;

ГМЗ – гидрометаллургический  завод;

ГП – государственное  предприятие;

ПП – программный  продукт;

ИИИ – источник ионизирующего  излучения;

РАО – радиоактивные  отходы;

ТРО – твердые радиоактивные  отходы;

ЕРН – естественные радионуклиды;

НРБУ - 97 – Нормы радиационной безопасности Украины;

МЭД – мощность экспозиционной дозы;

СЗЗ – санитарно-защитная зона;

Бк – Беккерель, единица  радиоактивности, 1 Бк равен одному ядерному превращению в секунду;

МэВ – мегаэлектронвольт, единица энергии  ионизирующего излучения, 1эВ = 1,6·10^-19 Дж;

б. – балка;

УкрНИПИ – Украинский научно-исследовательский политехнический институт;

абс. – абсолютная.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность  работы. К настоящему времени на предприятиях Украины накопилось значительное количество неиспользуемых с истекшими сроками назначенной безопасной эксплуатации радиационно-опасных  высокоактивных источников ионизирующих излучений (ИИИ). Высокая удельная и суммарная активность ИИИ, их неудовлетворительное физическое состояние создают реальную угрозу разгерметизации и последующего возникновения радиационных аварий.

Радиоактивные отходы возникают почти  на каждом этапе использования радиоактивных веществ и ядерных технологий: при добыче и переработке урановых руд и ториевых руд, изготовлении, использовании, применении РАО, радиоизотопных приборов и источников ионизирующего излучения в медицине, промышленности, научных исследованиях и в других областях.

Для защиты человека от негативного  воздействия РАО, необходимо обеспечить их сбор и изоляцию от биосферы. Главное  условие обеспечения безопасности состоит в обезвреживании РАО. Сегодня  для этого человечество применяет  единственный метод – выдерживание РАО в изолированных условиях такое время, в течение которого произойдет естественный распад  всех содержащихся в них радионуклидов [1].

В соответствии с Законом Украины  «Об обращении с радиоактивными отходами» эти источники, являющиеся радиоактивными отходами, должны быть переданы на захоронение спецпредприятиям Министерства по вопросам чрезвычайных ситуаций Украины.

Наиболее действенным  способом обеспечения долговременной радиационной безопасности этих объектов, является их изъятие и помещения  в  специально организованные системы надежной изоляции и защиты. Для этого, до создания соответствующих комплексов по захоронению РАО в Украине, необходимо обеспечить раздельное промежуточное хранение

контейнеров с рассматриваемыми ИИИ без предварительной их переработки на территории одного из спецпредприятий в отсеках созданного для этих целей хранилища. Таким предприятием является ГП «Барьер», созданное с целью осуществления рекультивации и очистки радиоактивно загрязненных территорий, которые являются наследством прежней деятельности по переработке урановых руд на территории прежнего «ПХЗ» и других предприятий уранового производства в Украине [2].

На начальном этапе  развития производства остаточные по технологии хвосты переработки урановой руды, отнесенные к категории «радиоактивные отходы» складировались в близлежащие глиняные карьеры и овраги, которые не были приспособлены для длительного хранения РАО. В результате на территории предприятия были образованы хвостохранилища радиоактивных отходов «Западное», «Юго-Восточное», «Центральный Яр», а также «Днепровское» («Д»), расположенное в пойме р. Днепр [3].

Всего за годы работы предприятия  было образовано 9 хвостохранилищ радиоактивных  отходов, в которых по официальным  данным в настоящее время находится  около 42 млн. т. отходов уранового производства, а также азотных и фосфогипсовых предприятий с общей активностью 3,17×10¹⁵ Бк.

В связи с вышесказанным, возникает необходимость обеспечения  экологически безопасной изоляции высокоактивных ИИИ с истекшими назначенными сроками эксплуатации, хранящихся на предприятии ГП «Барьер» длительное время в не предназначенных для этих целей условиях без соответствующего обслуживания, а также необходимость компьютерного мониторинга состояния окружающей среды в заданном районе.

Цель и задачи работы. Целью работы является создание программного продукта для моделирования загрязнения грунтовых вод хвостохранилища «Днепровское» ГП «Барьер».

Для достижения  целей  необходимо решить следующие задачи:

1. рассмотреть порядок хранения РАО;
2. изучить геолого-физическое положение объекта моделирования;
3. осуществить выбор  математической модели процесса миграции радионуклидов в грунтовые воды;
4. реализовать рассмотренную модель в объектно-ориентированной среде программирования Delphi 7;
5. проанализировать результаты моделирования миграции радионуклидов.

Объект исследования: радиационное загрязнение водной среды.

Предмет исследования: проникновение загрязняющих веществ в хвостохранилище.

Практическая  значимость и научная новизна результатов работы. Результаты работы  могут представлять интерес для экологической службы предприятия ГП «Барьер», а также для других предприятий ЯТЦ. Впервые в данной работе создан ПП, осуществляющий моделирование миграции радионуклидов в грунтовые воды, где возможно проследить динамику развития процесса во времени.

Структура работы. Данная работа содержит пояснительную записку, включающую введение, пять разделов, выводы, список использованных источников, а также листинг программы и таблицы, необходимые для расчета экономической части.

Первый раздел описывает анализ порядка хранения РАО, второй – геолого-физическое положение объектов ГП «Барьер», в третьем разделе рассматривается математическая модель миграции радионуклидов грунтовых вод хвостохранилища «Днепровское», четвертый раздел содержит описание создания программного продукта, реализующего математическую модель, в пятом разделе представлен анализ результатов моделирования миграции радионуклидов, а также экономическое обоснование дипломной работы.

 

РАЗДЕЛ 1 
АНАЛИЗ ПОРЯДКА ХРАНЕНИЯ РАО

 

1. Критерии безопасности при захоронении РАО, использующихся в странах МАГАТЭ

 

В настоящее время  схемы захоронения РАО находится  на рассмотрении в разных странах. Выбранные  варианты включают приповерхностное захоронение, использование закрытых шахт и захоронение в глубоких геологических формациях. При рассмотрении вариантов захоронения требования, предъявляемые к площадке, являются основными факторами, определяющими ее пригодность для захоронения отработанных закрытых источников. Во многих случаях приповерхностное захоронение будет приемлемо для отработанных закрытых источников, в зависимости от природы источников и их упаковок [6-7].

Целью захоронения отходов, по определению МАГАТЭ, является исключение нанесения недопустимого ущерба человеку и окружающей среде в настоящем и будущем. Эта цель достигается путем изоляции отходов от биосферы до того момента, как их токсичность не будет более представлять собой опасности. Это предполагает также, что сложность способа локализации отходов следует соизмерять со степенью опасности, которую отходы представляют.

Эффективная и безопасная изоляция РАО зависит от технических  характеристик всей системы захоронения  в целом. Она включает три основных компонента:

• площадку размещения (вмещающая порода и окружающая геологическая среда, представляющие собой естественные барьеры, способствующие изоляции отходов);
• хранилище (сооружение, куда помещаются для захоронения упаковки с РАО, включая любые инженерные барьеры);
• упаковку (форма отходов в контейнере).

Такая концепция системы безопасности захоронения подразумевает,

что ряд менее благоприятных  параметров одного компонента системы  может компенсироваться техническими характеристиками другого компонента при достижении требуемого уровня изоляции системы в целом.

Для конкретных радионуклидов, содержащихся в закрытых источниках, невозможно определить способ захоронения, так как требования и условия окружающей среды сильно отличаются в разных странах. Однако, имеются несколько основных факторов, которые должны быть рассмотрены при выборе площадки для захоронения отработанных закрытых источников. Факторы, представленные ниже, требуют оценки по критериям и стандартам, установленным в каждой стране национальными компетентными органами:

• период полураспада радионуклида;
• активность источника;
• токсичность и миграционные характеристики радионуклида, содержащегося в источнике;
• род упаковки отработанных закрытых источников;
• характеристики площадки захоронения;
• временной период, в течение которого площадка будет находиться под административным контролем.

Только после тщательной оценки вышеперечисленных факторов можно определить способ захоронения  для конкретного закрытого источника.

Однако, во всех странах мира применяется одинаковый подход к решению проблемы обращения с РАО, который определяется следующими этапами:

• детальные исследования в области подготовки РАО к хранению и транспортировке;
• выработка концептуальных основ и методов изоляции РАО;
• обследование, выбор и обоснование природных участков для строительства сооружений по изоляции РАО;
• разработка методов многофакторного анализа долговременного воздействия сооружений для изоляции РАО на окружающую среду и методов оценки риска;
• разработка законодательных и нормативно-регулирующих актов и документов, обуславливающих безопасность для населения и окружающей среды реализации решений по изоляции отходов.

Для практической реализации работ по конкретным направлениям

вопросов обращения  с РАО, необходимо количественно определить критерий безопасности принимаемого решения, оценить его риск и эффективность. Для этого нужно решить ряд задач:

• обосновать предлагаемые решения на основе сравнения вариантов проектов;
• провести анализ пригодности площадок для размещения систем изоляции отходов;
• сформировать комплексные прогнозы влияния отработанных закрытых источников на окружающую среду с поэтапной оценкой безопасности и риска;
• определить минимально необходимые затраты для создания сооружения, обеспечивающего необходимый уровень безопасности.

Несмотря на то, что в настоящее время в мире проводится большой объем исследования для разработки методов обращения с РАО, включая их захоронение, следует отметить, что нерешенность этой задачи в отношении высокоактивных  отходов – наиболее сложный вопрос ядерной энергетике. Поэтому обоснование безопасности подходов и методов захоронения РАО весьма актуально.