Ядерные могильники

Несмотря на все ее отрицательные стороны, ядерная энергетика обеспечивает достаточно чувствительную часть в мировом производстве электроэнергии. И утилизация опасных отходов ядерных станций как являлась, так и является огромной проблемой. Может быть в будущем эти ядерные отходы будут использоваться в качестве топлива реакторов бегущей волны для получения дополнительной энергии, но сейчас люди вынуждены, как и раньше, прятать эти отходы в специализированных подземных хранилищах. Ученые из множества научных организаций работают над совершенствованием технологий утилизации ядерных отходов и технологий их переработки, предназначенных для того, чтобы сделать эти отходы менее опасными и менее токсичными. И одной из последних разработанных таких технологий является превращение ядерных отходов в стеклообразную массу, в своего рода "ядерное стекло", которое легче транспортировать и которое более безопасно хранить длительное время, чем отходы в жидком виде.

Процесс получения ядерного стекла достаточно прост. Берется масса отходов, содержащих плутоний, цезий и другие радиоактивные вещества, и она, эта масса, смешивается со шлаком, который является отходом от производства металла в доменных печах. Посредством процесса, называемого витрификацией, эта смесь преобразуется в стеклообразную массу, в состав которой входят опасные радиоактивные отходы. Идея реализации подобного процесса далеко не нова, но инженеры из университета Шеффилда (University of Sheffield) немного развили ее и продемонстрировали, что с помощью шлака доменных печей можно снизить на 90 процентов опасность для окружающей среды ядерных отходов, подлежащих длительному хранению.

Помимо всего вышесказанного, процесс переработки ядерных отходов в стеклообразную массу можно с успехом использовать и в отношении отходов другого вида - отработавших свой срок костюмов противорадиационной защиты, фильтров респираторов и противогазов, частей радиоактивных металлоконструкций. В настоящее время отходы такого рода заключаются в бетонные оболочки и хоронятся под землей. Переработка таких отходов в компактные кубы стеклообразной массы значительно облегчит путь их утилизации, который, помимо этого, станет более безопасным для всех вовлеченных в это людей.Проблема утилизации радиоактивных отходов остро стоит во всем мире. Она требует внимания правительств  всех стран, имеющих атомные электростанции, исследовательские атомные реакторы, атомные подводные и надводные корабли и, конечно же, владеющих атомным оружием.

Средства массовой информации стараются особо не уточнять различие между атомными и радиоактивными отходами. Чаще всего в многочисленных публикациях пишут о радиоактивных отходах. Особенно это касается российских СМИ, которые знают, что Россия обязана, согласно действующим контрактам об атомных электростанциях, забирать отработанное ядерное топливо и поставлять на АЭС свежее топливо. В годы советской власти и в настоящее время мы продаем за рубеж (точнее, строим за рубежом)  новые  АЭС. И именно поставщик АЭС обязан заменять отработанное ядерное топливо   новым топливом. Но СМИ обычно представляют дело так, что будто Россия ввозит радиоактивные отходы, а не отработанное топливо (тепловыделяющие элементы, обычно урановые). Эта явно сознательная подтасовка вызывает недоверие к атомной энергетике. По продаже атомных электростанций ведущее место в мире занимают США. Это и понятно, поскольку каждый реактор,  работающий на атомном топливе, стоит несколько миллиардов долларов.

В мире было несколько серьезных атомных аварий, самая крупная из которых, точнее, катастрофа, произошла на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года. В ликвидации ее последствий мне пришлось участвовать несколько лет (с 1987 по 1995 год). Главной задачей была  разработка геохимических барьеров, которые бы препятствовали миграции растворенных радионуклидов, особенно 90Sr, и  возможных вариантов консервации чернобыльских могильников высокоактивных РАО. Обычно принято рассчитывать возможный срок постоянного хранения  высокоактивных радиационных отходов на тысячу и более лет. При этом должна быть обеспечена гарантия герметичности могильника. Но кто может дать такую гарантию реально?  Мы видим, как на различных, казалось бы, спокойных тысячи лет территориях внезапно происходят сильные, весьма разрушительные катаклизмы.
 
Введены многочисленные международные запреты на условия обращения и захоронения РАО. Запрещено сбрасывать их в глубины океана, запрещено выливать их в океан, хотя на глубинах  нескольких километров эти твердые отходы будут спокойно лежать тысячелетия. Таких спокойных районов в океанских глубинах много. Жидкие отходы можно предварительно разбавить до малых концентраций, а океан сам все перемешает до обычных содержаний. Ведь не запрещают же сегодня вести морскую добычу нефти и газа, хотя примеры катастроф с авариями на подводных нефтяных скважинах есть (недавняя катастрофа в районе Мексиканского залива). В наших северных морях лежат реакторы с атомных судов. А сколько в годы войны было затоплено высокотоксичных боевых отравляющих веществ в той же Балтике?
Очень много районов в России имеют высокий природный радиационный фон. Но еще больше районов с техногенным радиоактивным загрязнением. Примером тому может служить поселок Водный в Ухтинском районе Республики Коми. Здесь многие годы из природных подземных вод извлекался радий, нейтроны  которого и были использованы для получения первых зарядов наших советских атомных бомб. Когда же заработали атомные реакторы, радий стал не нужен и о Водном просто забыли. Да и в те годы на такой работе лежал гриф строгой секретности. Удивительно, но поселок Водный даже не вошел в список радиационных территорий бывшего СССР и современной России (таких мест более сотни).

На улицах этого поселка под ногами лежит радиоактивная пыль, которую школьники заносят на обуви в школу. 15 лет назад я проводил радиационную съемку этой школы, и первый этаж был в радиационном отношении более грязный, чем второй, а второй – грязнее третьего. Радиационный фон был превышен не намного, но полы до сих пор в этой школе деревянные и пыль накапливается  между досками пола. На линолеум денег у ухтинских властей так до сего времени и не нашлось.     Среди жителей поселка Водный было много случаев лейкемии, многие умерли от онкологических заболеваний.
Недавно РАОПРОЕКТ госкорпорации «Росатом» предложил провести очистку поселка Водный от радиоактивного грунта – предлагается провести перезахоронение трех самых грязных участков (бывших заводов по переработке радиоактивных вод). екомендуется в рамках выделяемых средств сделать могильник для этой радиоактивной грязи, в котором  радиоактивные отходы будут захоронены в глинистом экране в глинистых грунтах. До ближайшего населенного пункта (пос. Ярега) более 5 км. С геологических, геохимических и гидрогеологических позиций никаких утечек радиации из такого могильника не будет.

При обсуждении вопроса о возможности реализации этого проекта практически все депутаты Ухты проголосовали против. Единственная причина – могильник в будущем может быть использован не только для захоронения местного радиационного загрязнения, но и всей Коми и, возможно, всей России. Хотя действующее законодательство России запрещает какую-либо  работу с радиоактивными отходами без специального разрешения. Предусмотрена и судебная ответственность за любую несанкционированную работу с ними. Решение ухтинских депутатов свидетельствует, что у них практически нет никакого доверия к российским властям. Что же говорить тогда о рядовых гражданах и стоит ли удивляться их пессимизму, их неверию в светлое будущее?Сегодня жители этого радиоактивного поселка лишаются реальной возможности улучшить экологическую обстановку.  Местные СМИ раздули такую истерию по возможной очистке Водного, что диву даешься. Но справедливости ради все же следует, конечно, признать, что такой вариант использования могильника может иметь место. Если власти захотят, то и черта в ступе захоронят.

В Чернобыле в первый год после аварии необходимо было срочно захоронить погибшие от радиации сосны. Были сделаны временные захоронения, которые представляют  собой вырытые в песчаных грунтах траншеи, куда без всякого глинистого экрана и были закопаны погибшие сосны. Сегодня они так и лежат на месте своего первого захоронения. Из-за высокого уровня грунтовых вод эта закопанная радиоактивная древесина медленно гниет, и радионуклиды переходят в воду и переносятся подземными водами. Радиоактивный цезий мигрирует плохо, так как он легко сорбируется, легко удерживается глинистыми минералами. А радиоактивный стронций (90Sr) мигрирует с водой очень хорошо.

В природе наиболее распространены из минералов стронция стронцианит (SrCO3) и целестин (SrSO4). Но условий для образования этих минералов в зоне ЧАЭС нет. Воды имеют кислый характер, а стронцианит в таких водах растворим, и эти воды бессульфатны. Поэтому нами было предложено на возможных путях миграции  радиоактивного стронция создать  искусственный апатит, в кристаллическую решетку которого за счет одинаковой валентности кальция и стронция и сходства их ионных радиусов входит радиоактивный стронций. Апатит практически нерастворим, поэтому миграция стронция прекращается. В конкретном могильнике (Рыжий лес) предложено закачать под траншею с закопанной сосной через наклонные скважины глинистый раствор. Это приведет к гидроизоляции могильника. В само же захоронение следует закачать исходные компоненты геохимического барьера, которые приведут к образованию апатита, содержащего радиоактивный стронций. Сверху захоронение закрывается глинистым экраном (патенты России № 1806411, № 2069905, № 2156482).
 
А как обстоят дела за рубежом? В США для захоронения радиоактивных отходов на территории индейского племени (округ Деф-Смит), где находится гора Юкка, представляющая собой громадный массив магматических пород, планировалось строительство постоянного подземного могильника РАО. Для этого необходимо было прорыть глубокую шахту и в горных выработках вокруг шахтного ствола разместить радиоактивные отходы. Но для получения согласия проживающих в этом округе индейцев им предлагалось ежегодно выплачивать 100 млн долл. в качестве  компенсации за возможную опасность от РАО. Если же хранилище будет временным, то выплата в половинном размере ежегодно 50 млн долл.

Вопрос о захоронении радиоактивных отходов в России давно стоит на повестке дня. Существует важная горно-геологическая задача (при геологическом приоритете) по изоляции в земных недрах радиоактивных отходов (РАО). Она мало где в мире безупречно решается. К сожалению, и ФГУП "Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами" (ФГУП "НО РАО") испытывает, мягко говоря, трудности при обосновании мест подземного размещения/захоронения РАО. В связи с этим атомной отрасли (как минимум, отечественной) нужна обширная помощь геологов при обсуждении проблемы и выборе сильных решений, основанная на их знаниях и опыте, а также на ресурсах геологической отрасли России. Нужны в интересах Росатома новые (но первоначально - исключительно камеральные) оперативные "массовые поиски". На этот раз не урана, а наилучших инженерно-геологических условий по архивным/фондовым материалам. Хотя бы по некоторым ядерным регионам: Кольский полуостров, Урал, Красноярский край, Дальний Восток. А также в интересах Казахстана по его территории.Хотя наилучшие условия в общем случае оцениваются комплексно (например, по 51 критерию в работе , основным и весьма плодотворным при "массовых поисках" является критерий гидравлической проницаемости пород  Предварительные итоги таких поисков по Мурманской области приведены в . Идя далее по такому пути, развивая и апробируя его до конечного результата, впервые (вообще и для региона в частности) в данной работе предложен вариант конкретной площадки (авторское название "SAMPO-Pechenga-I") для РАО (прежде всего, ВАО - высокой активности). Сошлемся на пример локального хорошего качества горного массива вблизи знаменитой Кольской сверхглубокой скважины в пределах Печенгского рудного поля (СГ-3, , раздел "Характеристика гидрогеологических условий", таблица 4.2.2, приложение № 65). Разведочные скважины 3360 и 3344 заложены на расстоянии, примерно, 1 км одна от другой. На глубинах 300 - 1000м вмещающие их породы вне рудных тел устойчиво имеют коэффициент фильтрации (поинтервальное/детальное опробование уникальным оборудованием, институт ВСЕГИНГЕО) большей частью на один-два порядка меньше границы допустимых значений для приповерхностного и подземного размещения РАО (0, 001 м/сут, , которая инструментально на практике надежно выбраковывает различного генезиса зоны активного водообмена. Условный блок 1км x 1км x 1км - штатный проектный объем, позволяющий разместить основные сооружения подземного могильника (РАО-модули в виде горных выработок или скважин большого диаметра). Залегающие чуть выше породы являются относительным водоупором (зона глубин 150-200м). скважина 3360 вскрыла руду лишь на глубине порядка 1км. Отстоящая от нее на 700м СГ-3 (в том же комплексе пород) до этой глубины не показала даже признаков никеля. Следовательно, обозначенный скважинами 3344 и 3360 блок безрудных пород высокого качества имеет потенцию прирастать (по крайней мере, в сторону СГ-3).
Вблизи скважин 3360 и 3344 есть и другие разведочные скважины с керновым опробованием пустых пород, но гидрогеологическое их поинтервальное опробование специалистами ВСЕГИНГЕО не входило в задачи разведки на медно-никелевые руды. Гидрогеологические исследования собственными силами Мурманской ГРЭ по упрощенным методикам также показали неплохие интегральные результаты по соседним скважинам в целом, хотя и не отбраковывали верхние (естественно весьма обводненные) их участки (скв. 3218 и 3221). Неплохая гидрогеология и по породам, вскрытым другими скважинами изученного участка (скв. 3228, 3240, 3223, 3313, 3337)Фактически мы имеем хорошо разведанную, с керновым материалом, вблизи геолаборатории СГ-3 и г. Заполярный готовую площадку (уникальный исследовательский полигон на базе разных скважин) для дальнейших работ по могильнику. Она уже сейчас обеспечивает надежные знания о "эксплуатационном блоке" глубиной до 1 км и его "фундаменте" до 12 км. Загрузка любого объекта РАО 1 и 2 категории (ВАО) может состояться не ранее 30-50 лет. Якобы мешающая добыча полезных ископаемых на этой и других площадках северной части Печенгской структуры к тому времени прекратится из-за полного и достоверного исчерпания рудных запасов. Нигде таких условий нет и не будет.


Да, уникальный подземный могильник федерального/мирового класса нужно пристраивать к достойному природно-техническому наследию. Но не к Красноярскому горно-химическому комбинату, а к Кольской сверхглубокой скважине. Умели люди раньше выбирать места. Хотя И.В. Сталин и верно выбрал Красноярск, но при ином понимании государственной безопасности. Для геологической/вечной изоляции РАО площадка СГ-3 подходит лучше.Возможно, приведенный пример является идеальным. Думается, близкие ему есть и на других участках Печенгской структуры (обратите внимание на порядок чисел в номерах скважин, свидетельствующий об объемах выполненной геологоразведки). Об этом же свидетельствуют два экспертных заключения по гидрогеологическим условиям Печенгской осадочно-вулканогенной структуры в контексте перспектив захоронения РАО, подготовленные в 1999 г. главным гидрогеологом Мурманской ГРЭ Г.С. Мелиховой по моей просьбе на основании анализа многих материалов гидрогеологических исследований при поисково-разведочных работах в регионе на медно-никелевые руды, поисково-разведочных работ на воду, гидрогеологических наблюдений в подземных выработках и карьерах при добыче руд, государственной отчетности по водному хозяйству, а также на основании личного обследования рудника "Северный" совместно с начальником Мурмангеолкома Н.И. Бичуком, некоторыми главными специалистами рудника и комбината "Печенганикель". Г.С. Мелиховой использованы также вспомогательные материалы газовой съемки и другие. Кроме того, по многолетним данным геологоразведочных работ различного назначения потенциал северо-западной части Мурманской области относительно проблемы захоронения РАО площадками Печенгской структуры не исчерпывается.Есть ли какое-либо подобие идеальному примеру от Печенги в геологических материалах ФГУП "НО РАО" по потенциальному Красноярскому могильнику и другим? А также в предложениях извне Росатома? Скважины участков "Енисейский", "Губа Башмачная", "Дальние Зеленцы" и зарубежных - "в студию" для сравнения!


Источники информации Необходим специальный Государственный могильник РАО, в том числе и высокоактивных. Его можно расположить в горах Полярного и Приполярного Урала. Здесь имеется железная дорога, которая в районе Инты подходит к горам на 100 км. Имеется автодорога, по которой регулярно из штолен Сура-Иза (где автор когда-то работал рудничным геологом) вывозится кварцевое сырье. Вот в одной или в нескольких штольнях, с восточного склона Урала, и можно расположить такой могильник, придав ему статус временного могильника радиоактивных отходов. В нем должен быть предусмотрен весь положенный радиационный контроль. Должна быть предусмотрена и возможность в случае необходимости вывоза этих отходов.  В этом районе есть заброшенные штольни и других кварцевых месторождений, сегодня потерявших свое практическое значение. Другая возможная точка – восточный склон Урала, недалеко от железной дороги Сейда–Лабытнанги. Следует придать этим могильникам статус ПВЛРО (пункт временной локализации радиоактивных отходов), как было в Чернобыле. Просто же вести десятилетиями разговоры о загрязненных радиацией территориях, о районах, в которых сегодня проживают десятки тысяч людей, и ничего практически при этом не делать – такое положение недопустимо. Зачем нам сегодня нужны тысячелетние гарантии о консервации радиоактивных отходов, когда сегодня эти отходы под ногами наших людей? http://www.ng.ru/ng_energiya/2013-11-12/14_utilize.html

В Германии уже не первый год продолжается дискуссия вокруг одной из самых сложных и спорных проблем ядерной отрасли — захоронения радиоактивных отходов атомных электростанций.Специалисты уже давно ломают голову над тем, как должен быть устроен надежный могильник, но предложить концепцию, которая получила бы широкое международное признание, до сих пор не могут. Собственно, требования большинства экспертов формулируются крайне просто: могильник должен обеспечивать надежное хранение отходов на протяжении миллиона лет.Насколько реалистичны подобные требования, никто не знает. Во всяком случае, такое практически вечное захоронение возможно лишь в плотных однородных геологических структурах площадью не менее 12-ти квадратных километров, причем массив горной породы должен быть такой толщины, чтобы могильник можно было разместить на глубине от 500 метров до 1,5 километров. Правда, наиболее распространенная глубинная горная порода — гранит, — по мнению ряда немецких экспертов, не очень подходит для этой цели, поскольку склонна к растрескиванию, так что изоляция могильника с целью предотвратить проникновение влаги извне и просачивание опасных веществ наружу обошлась бы слишком дорого.Но пока в Германии продолжаются дебаты, другие страны уже близки к принятию решений. Например, Швеция. Причем там сделали ставку именно на гранит. Шведское правительство намерено соорудить могильник для окончательного захоронения радиоактивных отходов в гранитной породе на глубине в 500 метров. Отходы предполагается поместить в стальные капсулы, а их — в медные контейнеры со стенками толщиной в 5 сантиметров и с внешней защитной оболочкой из бентонита — особых коллоидных глин с высоким содержанием слоистого алюмосиликата. Эта оболочка призвана предохранить медь от коррозии. Окончательно решение о строительстве могильника должно быть принято уже в будущем году, а ввод комплекса в эксплуатацию запланирован на 2015 год.Однако теперь международная группа ученых забила тревогу. Исследователи выражают серьезные сомнения относительно надежности KBS-3 — таково обозначение разработанного в Швеции метода. Из статьи, опубликованной в специализированном научном журнале Catalysis Letters, следует, что медь вступает в реакцию с грунтовыми водами даже в отсутствие кислорода, а значит, контейнеры с радиоактивными отходами могут разрушиться гораздо быстрее, чем считалось до сих пор.При этом ученые ссылаются, например, на тот факт, что медные монеты со шведского военного корабля Vasa, затонувшего в августе 1628 года и пролежавшего почти три с половиной века на дне стокгольмской гавани, изрядно пострадали от коррозии. «Монеты лежали в бескислородной среде донных отложений, — поясняет один из авторов статьи, материаловед Королевской высшей технической школы в Стокгольме Петер Сакалош (Peter Szakalos). — Тем не менее, монеты оказались изрядно повреждены коррозией. Наши данные указывают на то, что реальная скорость коррозии может в 1000 или даже в 10000 раз превышать те значения, что сегодня принято класть в основу теоретических модельных вычислений».По мнению исследователей, условия, в которых находился затонувший корабль, вполне сравнимы с теми, что будут иметь место в проектируемом могильнике. Однако ученые ссылаются не только на археологические находки со дна моря, но и на собственные лабораторные эксперименты и расчеты. А они доказывают, что медь вступает в реакцию не только с хлоридами и сульфидами, но и водой как таковой.Иными словами, медь мало годится на предназначенную ей роль, — считают ученые. «Если уж вы твердо решили положиться на медный контейнер, то он должен иметь стенки толщиной не менее метра, — говорит Петер Сакалош. — В этом случае он выдержит 100 тысяч лет».http://nuclearno.ru/text.asp?18563

Джимми Ларссон (Jimmy Larsson), представитель фирмы SKB, которой было поручено проектирование могильника, с критикой решительно не согласен: «К исследованию как таковому у меня претензий нет, но выводы из него сделаны совершенно неверные. Мы сомневаемся в существовании той коррозии меди, о которой говорят авторы статьи. Ни нашим собственным экспертам, ни экспертам причастных к проекту ведомств не удалось обнаружить этот эффект. Но даже если бы он и существовал, то коррозия протекала бы столь медленно, что никак не повлияла бы на безопасность хранения отходов».
Так или иначе, этот спор не остался незамеченным. Забеспокоились и эксперты шведского министерства по защите окружающей среды. Возможно, некоторую ясность в проблему коррозии меди внесет международный симпозиум, который пройдет в Стокгольме в середине ноября.В настоящее время инженеры из университета Шеффилда проверили на практике работоспособность превращения радиоактивных отходов в стеклообразную массу. Только вместо плутоний содержащих отходов они использовали вещество, содержащее церий, который является более безопасным, нежели плутоний. Это позволило им произвести окончательную разработку метода "варки" атомного стекла, не подвергая при этом опасности собственное здоровье и жизнь. А в ближайшее время будут произведены испытания разработанной технологии на реальных отходах атомных станций, в которых содержится высокий процент плутония и цезия.Если разработка вышеописанного метода, в конце концов, завершится успешно, то человечество получит в свое распоряжение более легкий и более безопасный для всего окружающего способ утилизации ядерных отходов. Использование твердого ядерного стекла позволит избежать утечек чрезвычайно опасных веществ в окружающую среду, которые достаточно часто становятся причинами экологических катастроф в районах мест захоронения радиоактивных отходов.