Захоронение радиоактивных отходов в соляные формации

Постоянной комиссией СЭВ по использованию атомной энергии в мирных целях проведена научно-техническая конференция по проблемам обработки и захоронения радиоактивных отходов. Среди многих докладов, представленных странами - члены Постоянной комиссии, большей интерес вызвал доклад делегации ГДР, посвященный удалению радиоактивных отходов в соляные формации. Следует сказать, что это предложение само по себе не ново, оно дискутируется уже рад лет, но, как выяснилось, в условиях ГРД этот способ захоронения низко-, средне-, и возможно, высокоактивных отходов весьма перспективен.

В докладе приведены интересные данные об образовании пустот в земной коре на территории ГДР. Более чем за столетнюю историю калийного горного дела на территории ГДР образовалось около 400-500 млн. м³ пустот в соляных формациях, которые, конечно, весьма привлекательны для захоронения радиоактивных отходов. Эти пустоты надежно изолированы от круговорота воды. В случае затопления соляных месторождений выход радиоактивных веществ в циркулирующие грунтовые воды сильно затруднен наличием тяжелых насыщенных соляных растворов. Соленосные породы, как известно, обладают высокой прочностью, характеризуются хорошим коэффициентом теплопроводности.

Способ удаления радиоактивных отходов в соляные формации в промышленных масштабах не используется ни в одной стране, если не считать успешно проведенных опытных работ по захоронению отходов в соляные шахты. В США уже свыше 15 лет проводятся исследования по хранению радиоактивных отходов в пустоты соляных формаций. В ФРГ по примеру других стран также заинтересованы в захоронении высокоактивных отходов в пустоты соляных формаций. Там 1968 году было проведено опытное захоронение отходов в закрытый соляный рудник в Ассе под Вольфенбюттелем [3, с.349-351].

В Горлебене, Нижняя Саксония (ФРГ) фирма DWK ведет строительство хранилища облученного топлива вместимостью 1500 т. Там же строится наземное хранилище низкоактивных отходов вместимостью 7000 м³.

Второе хранилище в ФРГ для облученного топлива вне АЭС намечено разместить в Ахаузе, провинция Северный Рейн - Вестафалия. Вместимость хранилища в Горлебене и Ахаузе будет достаточной для хранения облученного топлива от АЭС и ФРГ вплоть 2000 г.

Обзор. Проведено лабораторное исследование воздействия облучения на радиационное повреждение соляных формаций различного типа. Облучение образцов производилось с постоянной дозой облучения 15 кГр/ч при температуре 100⁰Сю Дозы облучения образцов достигали значений от 20 кГр до 48,9 Мгр. Для измерения концентрации дефектов применялось 2 метода, оптической абсорбции и по выходу водорода при реакции с водой, описание которых кратко представлено. Результаты этих измерений авторы попытались интерпретировать с привлечением данных о дозах облучения и о химическом и минеральном составах образцов. Обобщенные же результаты исследования сопоставлены с данными, рассчитанными с привлечением теоретической модели Jain-Lidiard. Отмечено, что при дозах облучения выше 1 Мгр обе группы данных имеют один и тот же порядок величины [15, с. 325-336].

Дан краткий обзор состояния и перспектив решения проблемы надежной изоляции высокоактивных радиоактивных отходов от окружающей среды. Отмечено, что необычный временной масштаб проблемы (несколько тысяч лет) вызывает законную обеспокоенность общественности в отношении безопасности захоронения высокоактивных радиоактивных отходов. В этой связи подробно обосновывается концепция захоронения высокоактивных радиоактивных отходов в соляных формациях. При этом рассмотрены практически все аспекты проблемы, включая механизм поведения соляного пласта, содержащего источники тепловыделения [13, с. 100-109].

Переработка жидких радиоактивных отходов в конечном счете сводится к концентрации их до возможно меньшего объема. Для этого применяют различные методы упаривания и последующего отверждения жидких радиоактивных отходов. В результате получают твердые радиоактивные материалы, удобные для хранения и более устойчивые к воздействию окружающей Среды.

Для высокоактивных жидких отходов таким надежным способом в настоящее время является метод остекловывания. Этот метод получает общее признание. В некоторых странах технология остекловывания высокоактивных отходов уже внедряется в промышленное производство. (Франция, Великобритания, СССР и др.).

Как известно, Япония заключила ряд контрактов со странами Западной Европы на переработку отработавшего ядерного топлива своих АЭС. Этими контрактами предусмотрен возврат радиоактивных отходов от переработки отработавшего ядерного топлива в остеклованной форме. Причем 1-я партия радиоактивных отходов ожидалась уже в апреле 1995 года. В связи с этим фирма IHI (Япония) уже 10 лет разрабатывает систему обращения с остеклованными радиоактивными отходами. В рамках своей программы НИОКР фирма уже разработала и реализовала проект экспериментальной системы. В работе дана краткая характеристика разработки и представлены результаты испытаний как механизмов для обращения с радиоактивными отходами, так и прототипа хранилища [14, с. 309-314].

В природе углерод-14 образуется в основном за счет космических излучений, а также на АЭС. Поскольку период полураспада ¹⁴С составляет 5730 лет и в биосфере углерод играет существенную роль, выбросы ¹⁴С из ядерных установок могут оказывать значительное радиологическое воздействие на человека. В низкоактивных радиоактивных отходах ¹⁴С в основном присутствует в виде бикарбонатов и карбонатов (неограническая форма), а также в виде углеводородов, карбогидратных и карбоксильных кислот (органическая форма). Проведено исследование миграционных х-к неорганических и органических форм ¹⁴С в подземных хранилищах радиоактивных отходов. Эксперимент проводился на образцах туфовой песчаной почвы при концентрации биокарбоната и ацетата ¹⁴С в интервале 10^-5 М-10^-2М. Результаты показали, что бикарбонат и ацетат ¹⁴С, сорбцированные на почве, растворяются главным образом растворами NaF. Отмечено, что миграция бикарбоната и ацетата ¹⁴С в туфовой песчаной почве может управляться указанными механизмами сорбции [16, с. 32-42].

Рассмотрена математическая модель, позволяющая исследовать процессы делокализации радионуклидов из приповерхностных хранилищ при одновременном учете гидродинамических и миграционных процессов, происходящих как в зоне неполного насыщения - нижележащем водоносном горизонте. Модель позволяет учитывать изменения инфильтрационного питания во времени, анализировать колебания уровня грунтовых вод. Кроме того, с помощью этой модели можно получать результаты, в случае дискретных неоднородностей зоны аэрации как в гидродинамической, так и миграционной частях [21, с.104-110,159].

Проанализированы проблемы захоронения радиоактивных отходов в Германии и ряде стран мира. Показано при этом, что состояние проблемы захоронения радиоактивных отходов в Германии определяется следующими факторами: головной организацией, отвечающей за проблемы захоронения радиоактивных отходов, является Исследовательский центр по вопросам экологии и здравоохранения (GSF), имеющий в своем распоряжении подземную экспериментальную лабораторию в бывшей соляной шахте горнорудного предприятия Ассе; захоронения радиоактивных отходов из АЭС Германии производится в хранилище Морслебен, на что выдана соответствующая лицензия; успешно заканчивается строительство для средне- и низкоактивных радиоактивных отходов в шахте Конрад; осуществляется комплекс геологических изысканий по сооружению хранилища для высокоактивных радиоактивных отходов в Горбелене. Наряду с вышеперечисленными факторами в Германии имеется и ряд серьезных негативных обстоятельств, сдерживающих успешное решение проблемы захоронения радиоактивных отходов. К ним относятся: отсутствие политического консенсуса; стремление противников атомной энергетики узаконить отказ от использования ядерной энергии; слишком большая усложненность решения вопросов по лицензированию строительства хранилища радиоактивных отходов; разжигании истерии среди широких масс населения против любых мероприятий, касающихся решения практических вопросов эксплуатации атомных объектов; недостающее финансирование. Дана также оценка состояния проблемы захоронения радиоактивных отходов в США, Япония, Франции и других странах мира. Исходя из этого сделан вывод, что если еще совсем недавно Германия находилась на передовых позициях по решению проблемы захоронения радиоактивных отходов, то в настоящее время вследствие вышеперечисленных факторов она все больше и больше отстает от других стран [22, с.627-631].

В этой связи корпорация “Мотор Колумбус” совместно с двумя другими фирмами разработала проект хранилища, состоящего из 200-литровых цилиндрических емкостей, 300 тыс. которых предназначены для захоронения низкоактивных отходов и 100 тыс. - для среднеактивных. Такой объем хранилища достаточен для захоронения отходов, получаемых в результате 40-летней эксплуатации АЭС общей установленной мощностью 600 Мвт (эл.), а также производимых при переработке ядерного топлива и при выводе из эксплуатации ряда АЭС. Предполагается, что емкость с отвержденными отходами будут забетонированы или забитумированы [2, с.50-56].

Для среднеактивных отходов имеются и другие простые и надежные способы отверждения: это цементирование, в том числе фиксация в асфальте, и т.д.

Цементирование радиоактивных отходов в блоки явилось, пожалуй, первым осуществленным на практике массовым методом отверждения отходов, сразу получившим широкое распространение. Благодаря простоте технологического процесса этот метод весьма привлекателен для отверждения низкоактивных жидких отходов. Метод цементирования используется, в частности, на Московской и Ленинградской станциях захоронения жидких отходов средней удельной активности (до 10^-5 Ки/л). Жидкостные отходы смешивают с портландцементом в соотношении 1:0,7 и получают монолит.

Простота технологии цементирования жидких радиоактивных отходов, несомненно, привлекает внимание. Поэтому этот метод отверждения низкоактивных жидких отходов может быть широко рекомендован к повсеместному применению с хранением в простейших могильниках курганного типа [3, с.353-354].

В последнии годы ведутся довольно интенсивные работы по фиксации среднеактивных отходов в асфальте.