Проблемы захоронения РАО отходов

Служба пункта захоронения  проводит систематический радиационной контроль, включающий контроль нуклидного состава радиоактивных веществ  в аэрозолях, воде, открытых водоемах, подземных водах, выпадениях из атмосферы, в почве, донных отложениях, растительности и кормах местного производства, гидробионтах, продуктах питания местного производства. Зона наблюдения в 3-4 раза превышает  санитарно-защитную зону.

Радиоактивные отходы являются одной из важнейших проблем, стоящих  перед человечеством. Основная задача - переработка и захоронение уже  накопленных радиоактивных отходов - в настоящее время не может  считаться окончательно решенной. В  Нидерландах, Финляндии, Швейцарии, Швеции в настоящее время не перерабатывают и не захоранивают радиоактивные  отходы, но разрабатывают национальные программы по обращению с радиоактивными отходамию

Кроме существующих способов имеется множество разнообразных  предложений относительно способов захоронения радиоактивных отходов, например:

• Долговременное наземное хранилище,
• Глубокие скважины(на глубине несколько км),
• Плавление горной породы(предлагалось для отходов, выделяющих тепло)
• Прямое закачивание(подходит только для жидких отходов),
• Удаление в море,
• Удаление под дно океана,
• Удаление в зоны подвижек,
• Удаление в ледниковые щиты,
• Удаление в космос

3. Захоронение  радиоактивных отходов.

Проблема безопасного  захоронения РАО является одной из тех проблем, от которых в значительной мере зависят масштабы и динамика развития ядерной энергетики. Генеральной задачей безопасного захоронения РАО является разработка таких способов их изоляции от биоцикла, которые позволят устранить негативные экологические последствия для человека и окружающей среды. Конечной целью заключительных этапов всех ядерных технологий является надежная изоляция РАО от биоцикла на весь период сохранения отходами радиотоксичности.

В настоящее время разрабатываются технологии иммобилизации РАО и исследуются различные способы их захоронения, основными критериями при выборе которого для широкого использования являются следующие:

– минимизация затрат на реализацию мероприятий по обращению с РАО;

– сокращение образующихся вторичных РАО.

За последние годы создан технологический задел для современной системы обращения с РАО. В ядерных странах имеется полный комплекс технологий, позволяющих эффективно и безопасно перерабатывать радиоактивные отходы, минимизируя их количество.

Однако  нигде в мире не выбран метод окончательного захоронения РАО.

3.1. Захоронение РАО в горных  породах

На сегодняшний день всеобще  признано (в том числе и МАГАТЭ), что наиболее эффективным и безопасным решением проблемы окончательного захоронения РАО является их захоронение в могильниках на глубине не менее 300-500 м в глубинных геологических формациях с соблюдением принципа многобарьерной защиты и обязательным переводом ЖРАО в отвержденное состояние. Опыт проведения подземных ядерных испытаний доказал, что при определенном выборе геологических структур не происходит утечки радионуклидов из подземного пространства в окружающую среду.

Таким образом,  при решении  проблемы обезвреживания радиоактивных  отходов использование “опыта, накопленного природой”, прослеживается особенно наглядно. Недаром именно специалисты в  области экспериментальной петрологии оказались едва ли не первыми, кто  оказался готов решать возникшую  проблему.

Они позволяют выделять из смеси элементов радиоактивных  отходов отдельные группы, близкие  по своим геохимическим характеристикам, а именно:

• щелочные и щелочноземельные элементы;
• галогениды;
• редкоземельные элементы;
• актиниды.

Для этих групп элементов  можно попытаться найти породы и  минералы, перспективные для их связывания.

Природные химические (и, даже, ядерные) реакторы, производящие токсичные  вещества, - не новость в геологической  истории Земли. В качестве примера  можно привести месторождение Окло, где ~ 200 млн. лет назад в течение 500 тыс. лет на глубине ~ 3,5 км действовал природный реактор, прогревавший окружающие породы до 600°С. Сохранение большинства  радиоизотопов на месте их образования  обеспечивалось их изоморфным вхождением в уранинит. Растворению же последнего, препятствовала восстановительная  обстановка.   Тем не менее около 3 млрд. лет назад на планете зародилась, успешно сосуществует рядом с  очень опасными веществами и развивается  жизнь.

Рассмотрим основные пути саморегуляции природы с точки  зрения их использования в качестве методов обезвреживания отходов  техногенной деятельности человечества. Намечаются четыре таких принципа.

а) Изоляция - вредные вещества концентрируются в контейнерах  и защищаются специальными барьерными веществами. Природным аналогом контейнеров  могут служить слои водоупоров. Однако, это - не слишком надежный способ обезвреживания отходов: при хранении в изолированном  объеме опасные вещества сохраняют  свои свойства и при нарушении  защитного слоя могут вырываться в биосферу, убивая все живое. В  природе разрыв таких слоев приводит к выбросам ядовитых газов (вулканическая  активность, сопровождающаяся взрывами и выбросами газов, раскаленного пепла, выбросы сероводорода при  бурении скважин на газ - конденсат). При хранении опасных веществ  в специальных хранилищах также  иногда происходит нарушение изолирующих  оболочек с катастрофическими последствиями. Печальный пример из техногенной  деятельности человека - челябинский  выброс радиоактивных отходов в 1957 году из-за разрушения контейнеров - хранилищ. Изоляция применяется для  временного хранения радиоактивных  отходов; в будущем необходимо реализовать  принцип многобарьерной защиты при  их захоронении, одним из составных  элементов этой защиты будет слой изоляции.

б) Рассеяние - разбавление  вредных веществ до уровня, безопасного  для биосферы. В природе действует  закон всеобщего рассеяния элементов  В.И.Вернадского. Как правило, чем  меньше кларк, тем опаснее для жизни элемент или его соединения (рений, свинец, кадмий). Чем больше кларк элемента, тем он безопаснее - биосфера к нему "привыкла". Принцип рассеяния широко используется при сбросе техногенных вредных веществ в реки, озера, моря и океаны, а также в атмосферу - через дымовые трубы. Рассеяние использовать можно, но видимо, только для тех соединений, время жизни которых в природных условиях невелико, и которые не смогут дать вредных продуктов распада. Кроме того, их не должно быть много. Так, например, СО2 - вообще говоря, не вредное, а иногда даже полезное соединение. Однако, возрастание концентрации углекислоты во всей атмосфере ведет к парниковому эффекту и тепловому загрязнению. Особенно страшную опасность могут представлять вещества (например, плутоний), получаемые искусственно в больших количествах. Рассеяние до сих пор применяется для удаления отходов малой активности и, исходя из экономической целесообразности, будет еще долго оставаться одним из методов для их обезвреживания. Однако в целом в настоящее время возможности рассеивания в основном исчерпаны и надо искать другие принципы.

в) Существование вредных  веществ в природе в химически  устойчивых формах. Минералы в земной коре сохраняются сотни миллионов  лет. Распространенные акцессорные минералы (циркон, сфен и другие титано- и цирконосиликаты, апатит, монацит и другие фосфаты и т.д.) обладают большой изоморфной емкостью по отношению к многим тяжелым и радиоактивным элементам и устойчивы практически во всем интервале условий петрогенезиса. Имеются данные о том, что цирконы из россыпей, испытавшие вместе с вмещающей породой процессы высокотемпературного метаморфизма и даже гранитообразования, сохраняли свой первичный состав.

г) Минералы, в кристаллических  решетках которых находятся подлежащие обезвреживанию элементы, в природных  условиях находятся в равновесии с окружающей средой. Реконструкция  условий древних процессов, метаморфизма и магматизма, имевших место много  миллионов лет назад, возможна благодаря  тому, что в кристаллических горных породах на протяжении длительного  по геологическим масштабам времени  сохраняются особенности состава  образовавшихся при этих условиях и  находившихся между собой в термодинамическом равновесии минералов.

3.2 Глубокое геологическое захоронение  РАО .

Продолжительный масштаб  времени, в течение которого некоторые  из отходов остаются радиоактивными, привел к идее глубокого геологического захоронения в подземных хранилищах в устойчивых геологических формациях. Изоляция обеспечивается комбинацией  инженерных и естественных барьеров (горная порода, соль, глина), при этом никаких обязательств по  активному обслуживанию такого захоронения не передается будущим поколениям. Этот метод часто называют  многобарьерной концепцией с учетом того, что упаковка отходов, инженерное оборудование хранилища и сама геологическая среда – все это обеспечивает барьеры по предотвращению достижения радионуклидами людей и окружающей среды.

Хранилище включает в себя пройденные в горных породах туннели  или пещеры, в которых размещаются  упакованные отходы. В некоторых  случаях (например, влажная горная порода) контейнеры с отходами затем окружаются материалом типа цемента или глины (обычно бентонит), чтобы обеспечить дополнительный барьер (называемым буфером  или закладкой). Выбор материалов для контейнеров с отходами, а  также проекта и материалов для  буфера  изменяется в зависимости  от типа отходов, которые нужно сдерживать, и от характера пород, в которых  закладывается это хранилище.

Ведение проходческих и земляных работ при сооружении глубокого  подземного хранилища, использующих стандартную  технологию горных работ или гражданского строительства, ограничено доступными для этого местами (например, под  участком суши или под прибрежной зоной), блоками горной породы, являющиеся достаточно стабильными и не содержащими  большого потока грунтовых вод, и  глубинами между 250 и 1000 метрами. При  глубине более 1000 метров, выемка грунта становится в большей степени  технически трудной и, соответственно, более затратной.

3.3 Приповерхностное захоронение

МАГАТЭ определяет этот вариант  как захоронение радиоактивных  отходов с инженерными барьерами  или без них в:

1. Приповерхностные захоронения  на уровне земли. Эти захоронения  находятся на или ниже поверхности,  где толщина защитного покрытия  составляет примерно несколько  метров. Контейнеры с отходами  размещаются в построенных камерах  для хранения, и когда камеры  заполняются, они забутовываются (засыпаются). В конечном счете,  они будут закрыты и покрыты непроницаемой перегородкой и верхним слоем почвы. Эти захоронения могут включать некоторую форму дренажа и, возможно, газовую систему вентиляции.

2. Приповерхностные захоронения  в пещерах ниже уровня земли.  В отличие от приповерхностного  захоронения на уровне земли,  где выемка грунта проводится  с поверхности, неглубокие захоронения  требуют подземной выемки грунта, но захоронение располагается  на глубине нескольких десятков  метров ниже поверхности земли  и доступно через слабонаклонную  горную выработку.

Термин '"приповерхностное захоронение" замещает термины "поверхностное  захоронение" и "захоронение в  землю", но эти, более старые, термины  все еще иногда используются, когда  ссылаются на этот вариант.

На эти захоронения  могут воздействовать долгосрочные изменения климата (например оледенение), и этот эффект должен приниматься  во внимание при рассмотрении аспектов безопасности, так как такие изменения  способны вызывать разрушение этих захоронений. Однако этот тип захоронения обычно используется для отходов низкого  и среднего  уровня активности, содержащих радионуклиды с коротким периодом полураспада (приблизительно до 30 лет).

Приповерхностные  захоронения на уровне земли, находящиеся в настоящее время в эксплуатации:

Великобритания – Дригг  в Уэльсе, управляется BNFL .

Испания – ЕльКабрил, управляется ENRESA.

Франция – Центр Аюбе, управляется Andra.

Япония – Роккасе Мура, управляется JNFL.

Приповерхностные  захоронения в пещерах ниже уровня земли, находящиеся в настоящее время в эксплуатации:

Швеция - Форсмарк, где глубина  захоронения составляет 50 метров под  дном Балтийского моря.

Финляндия – атомные электростанции Олкилуото и Ловииса, где глубина  каждого захоронения составляет около 100 метров.

3.4 Плавление горной породы