Проблемы захоронения РАО отходов

Вариант плавления горной породы, расположенной глубоко под  землей, предусматривает плавление  отходов в смежной породе. Идея состоит в том, чтобы произвести устойчивую, твердую массу, которая  включает в себя отходы, или внедрить отходы в разбавленной форме в  породу (то есть рассредоточить по большому объему породы), которая не может  легко выщелачиваться и переноситься обратно к поверхности. Этот метод  предлагался, главным образом, для  отходов, генерирующих тепло, например, остеклованных , и для пород с  подходящими характеристиками по уменьшению потерь тепла.

Высоко активные отходы  в жидкой или твердой форме  могли бы помещаться в полость  или глубокую буровую скважину. Выделяемая отходами теплота затем бы аккумулировалась, что в результате привело бы к  достижению достаточно больших температур, для того чтобы расплавить окружающую породу и растворить радионуклиды в  растущей толще расплавленного материала. Когда горная порода охладится, она  кристаллизуется и станет матрицей для радиоактивных веществ, таким  образом, рассеивая отходы по большому объему породы.

Плавление горной породы нигде  не было реализовано для удаления радиоактивных отходов. Не было никаких  примеров практической демонстрации выполнимости этого варианта, кроме лабораторных исследований плавления горных пород.

В 1990-х годах возобновился интерес к этому варианту, особенно для удаления ограниченных объемов  специализированных высоко активных отходов , особенно плутония, в России и в  Великобритании. Была предложена схема, согласно которой содержание отходов  в контейнере, композиция контейнера и план их размещения разрабатывались  для сохранения контейнера и предотвращения того, чтобы отходы  встраивались в расплавленную породу. Вмещающая порода была бы расплавлена только частично, и контейнер не двигался бы на большие глубины.

Российские ученые предложили, чтобы высокоактивные отходы , особенно с избытком плутония, размещались  бы в глубокой шахте и фиксировались  бы в неподвижном состоянии ядерным  взрывом. Однако большое возмущение массы породы и грунтовой воды при использовании ядерных взрывов, а также рассмотрение мер контроля над вооружениями, привели к общему отказу от этого варианта.

3.5 Прямое закачивание

Этот подход касается закачивания  жидких радиоактивных отходов непосредственно  в пласт горной породы глубоко  под землей, который выбирается из-за своих подходящих характеристик  по удержанию отходов (то есть минимизируется любое их дальнейшее движение после  закачивания).

Для этого нужен ряд  геологических предпосылок. Должен иметься пласт горной породы (пласт  закачки) с достаточной пористостью, чтобы разместить отходы, и с достаточной  проницаемостью, чтобы позволять  легкое закачивание (то есть действовать  подобно губке). Выше и ниже пласта закачки должны быть непроницаемые  пласты, которые могли бы действовать  как естественные затворы. Дополнительные выгоды могут  обеспечивать геологические характеристики, которые ограничивают горизонтальное или вертикальное перемещение. Например, закачивание в пласты горной породы, содержащей природную рапу грунтовой воды. Это связано с тем, что высокая плотность рапы (соленая вода) уменьшила бы возможность движения,  направленного вверх.

Прямое закачивание могло  бы, в принципе, использоваться для  любого типа радиоактивных отходов  при условии, что они будут  преобразованы в раствор или  гидросмесь (очень мелких частиц в  воде). Гидросмеси, содержащие цементный  раствор, который отвердевает под  землей,  также могут использоваться, чтобы минимизировать движение радиоактивных отходов.

Прямое  закачивание было реализовано в  России и США.

3.6 Другие способы захоронения  РАО

Удаление  в море

Удаление в море касается радиоактивных отходов, вывозимых  на кораблях и сбрасываемых в море в упаковках, спроектированных:

- для того чтобы взорваться  на глубине, в результате чего  происходит непосредственный выброс  и рассеивание радиоактивного  материала в море, или 

-  для погружения на морское дно и достижения его в неповрежденном виде.

Через какое-то время физическое сдерживание контейнеров перестанет действовать, и радиоактивные вещества будут рассеиваться и разбавляться в море. Дальнейшее разбавление приведет к тому, что радиоактивные вещества будут мигрировать от места сброса под действием течений.

Количество радиоактивных  веществ, остающихся в морской воде, далее снижалось бы из-за естественного  радиоактивного распада и перемещения  радиоактивных веществ в отложения  морского дна в процессе сорбции.

Метод удаления в море низко  активных и средне активных  отходов  практиковался на протяжении некоторого времени. Был пройден путь  от общепринятого метода удаления, который был фактически реализован рядом стран, к методу, который теперь запрещается международными соглашениями. К странам, которые в то или другое время предпринимали сброс РАО в море, используя вышеупомянутые методы, относятся Бельгия, Франция, Федеративная Республика Германия, Италия, Нидерланды, Швеция и Швейцария, а также Япония, Южная Корея и США. Этот вариант не был реализован для отходов высокого уровня активности.

Удаление  под морское дно

Вариант удаления предполагает захоронение под морским дном контейнеров с радиоактивными отходами в соответствующую геологическую  среду ниже  дна океана на большой  глубине. Этот вариант был предложен  для отходов низкого, среднего  и высокого  уровня активности. Вариации этого варианта включают:

-  хранилище, расположенное ниже морского дна. Хранилище было бы доступно с земли, с небольшого необитаемого острова или с сооружения, расположенного на некотором расстоянии от берега;

-  захоронение радиоактивных отходов в глубоких океанических осадках. Этот метод запрещен международными соглашениями.

Удаление под морское  дно нигде не было реализовано  и не разрешено международными соглашениями.

Удаление радиоактивных  отходов в хранилище, созданное  ниже морского дна, рассматривалось  Швецией и Великобританией. Если бы концепция хранилища ниже морского дна была бы признана желательной, то проект такого хранилища мог бы быть разработан так, чтобы гарантировать  возможность будущего возврата отходов. Контроль за отходами в таком хранилище был бы менее проблематичен, чем при других формах удаления в море.

В 1980-х годах  была исследована возможность удаления отходов высокого уровня активности в глубоких океанских отложениях, и официальный отчет был представлен Организацией экономического сотрудничества и развития. Для реализации этой концепции радиоактивные отходы планировалось упаковать в коррозионно стойкие контейнеры или стекло, которые помещались бы, по крайней мере, на 4000 метров ниже уровня воды в устойчивой глубокой геологии морского дна, выбранного как из-за медленного притока воды, так из-за способности задерживать перемещение радионуклидов. Радиоактивные вещества, пройдя через донные отложения, затем подверглись бы тем же самым процессам разбавления, дисперсии, диффузии и сорбции, которые воздействуют на радиоактивные отходы, удаленные в море. Этот метод удаления, следовательно, обеспечивает дополнительное сдерживание радионуклидов, если сравнивать с захоронениями радиоактивных отходов непосредственно на морском дне.

Захоронение радиоактивных  отходов в глубоких океанских  отложениях могло бы быть выполнено  двумя различными методами: с помощью  пенетраторов (устройств для проникновения  внутрь отложений) или бурением скважин  для мест размещения. Глубина захоронения  контейнеров с отходами ниже морского дна может изменяться для каждого  из двух методов. В случае использования  пенетраторов контейнеры с отходами могли бы помещаться в отложения  на глубину около 50 метров. Пенетраторы, весящие несколько тонн, погружались  бы в воду, получая достаточный  импульс, чтобы внедриться в отложения. Ключевой аспект захоронения радиоактивных  отходов в отложения морского дна заключается в том, что  отходы изолированы от морского дна  толщиной отложений. В 1986 году некоторое  доверие этому методу обеспечили эксперименты, предпринятые на глубине  воды около 250 метров в Средиземном  море.

Эксперименты  наглядно показали, что пути входа, созданные пенетраторами, были закрыты и вновь заполнены повторно взрыхленными отложениями примерно той же самой плотности, что и окружающие ненарушенные отложения.

Отходы также возможно помещать под морское дно с  помощью бурового оборудования, которое  используются на больших глубинах в  течение приблизительно 30 лет. По этому  методу упакованные отходы можно  было бы помещать в скважины, просверленные  на глубину 800 метров ниже морского дна, с расположением самого верхнего контейнера на глубине около 300 метров ниже морского дна.

Удаление  в зоны подвижек

Зоны подвижек – это  области, в которых одна более  плотная плита земной коры перемещается ниже по направлению к другой, более  легкой, плиты. Надвигание одной литосферной  плиты на другую приводит к образованию  разлома (желоба), возникающего на некотором  расстоянии от морского берега, и вызывает землетрясения, происходящие в зоне наклонного контакта  плит земной коры. Край доминирующей плиты сминается  и вздымается, формируя цепь гор, параллельную разлому. Глубокие морские отложения  соскабливаются с нисходящей плиты  и встраиваются в смежные горы. Когда океанская плита опускается в горячую мантию, ее части могут  начать плавиться. Так образуется магма, мигрирующая наверх, часть ее достигает  поверхности земли в виде лавы, извергающейся из кратеров вулканов. Как показано на прилагаемой иллюстрации, идея для этого варианта состояла в том, чтобы захоранивать отходы в такой зоне разлома, чтобы потом  они были увлекались вглубь земной коры.

Этот метод не разрешен международными соглашениями, так как  он является формой захоронения в  море. Хотя зоны подвижек плит имеются в ряде мест на поверхности Земли, географически число их очень ограничено. Никакая  страна, производящая радиоактивные отходы, не вправе рассматривать вариант захоронения в глубокие морские желоба без поиска международно приемлемого решения этой проблемы. Впрочем, такой вариант не был нигде реализован, так как он является одной из форм захоронения РАО в море и поэтому не разрешен международными соглашениями.

Захоронение в ледниковые щиты

При этом варианте захоронения  контейнеры с отходами, испускающими тепло, размещались бы в стабильных ледниковых щитах, например, тех, что  обнаружены в Гренландии и Антарктиде. Контейнеры расплавили бы окружающий лед и опустились бы глубоко в  ледниковый щит, где лед смог бы рекристаллизоваться  над отходами, создавая мощный барьер.

Хотя удаление в ледниковые щиты могло бы технически рассматриваться  для всех типов радиоактивных  отходов, оно было серьезно исследовано  только для отходов высокого уровня активности , где выделяемая отходами тепло могло бы с выгодой использоваться для  самозахоронения отходов в толще льда благодаря его плавлению.

Вариант удаления в ледниковых щитах нигде не был реализован. Он был отвергнут странами, которые  подписали Договор об Антарктиде или привержены идее обеспечения  решения по обращению со своими радиоактивными отходами внутри своих национальных границ. Начиная с 1980 года не проводилось  никаких серьезных экспертиз  этого варианта.

Удаление  в космическое пространство

Этот вариант ставит своей  целью удаление радиоактивных отходов  с Земли навсегда, выбрасывая их в космос. Очевидно, что отходы при  этом должны упаковываться так, чтобы  оставаться неповрежденными при сценариях самых немыслимых аварий. Ракета или космический челнок могли бы использоваться для запуска упакованных отходов в космическое пространство. Рассматривалось несколько конечных пунктов назначения отправки отходов, включая направления их в сторону Солнца, сохранение на орбите вокруг Солнца между Землей и Венерой и выбросом отходов вообще за пределы солнечной системы. Это необходимо из-за того, что размещение отходов в космическом пространстве на околоземной орбите чревато возможным их возвращением  на Землю.

Высокая стоимость этого  варианта означает, что такой метод  удаления радиоактивных отходов  мог бы быть подходящим для отходов  высокого уровня активности  или  для отработанного топлива (то есть для долгоживущего высокорадиоактивного материала, который относительно мал  по своему объему).         Переработка отходов могла бы потребоваться, чтобы отделить наиболее радиоактивные материалы для  удаления в космическое пространство и, следовательно, уменьшить объем  транспортируемого груза.. Этот вариант  не был реализован, и дальнейшие исследования не проводились из-за высокой стоимости и из-за аспектов безопасности, связанных с возможным  риском неудачного запуска.

Наиболее детальные исследования этого варианта были выполнены в  Соединенных Штатах NASA в конце 1970-х  и начале 1980-х годов. В настоящее  время  NASA. запускаются в космос только термические радиоизотопные генераторы (ТРГ), содержащие несколько килограмм Pu-238. 

4. Радиоактивные  отходы и отработавшее ядерное  топливо в атомной энергетике  России.

В настоящее время  на предприятиях Минатома России в 105 пунктах  хранения находится более 500 млн  м3 жидких радиоактивных отходов (ЖРАО), суммарная альфа-активность которых оценивается в 1,9x1016 Бк, а суммарная бета-активность - 7,3x1019 Бк.

Твердые радиоактивные  отходы (ТРАО), суммарная альфа-активность которых составляет 6x10¹⁵ Бк и бета-активность - 8,1x10¹⁸, находятся в 274 пунктах хранения и составляют по массе около 180 млн т.