ВОЕННОЕ ДЕЛО (последнее)
ПОДЗЕМНЫЕ ПОЛИГОНЫ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
Актуальные публикации по вопросам военного дела. Воспоминания очевидцев военных конфликтов. История войн. Современное оружие.
Анатолий АННЕНКОВ, генеральный директор Федерального государственного унитарного геологического предприятия "Гидроспецгеология", кандидат геолого-минералогических наук Николай ЕГОРОВ, начальник отдела того же предприятия, кандидат технических наук Александр ЛИПИЛИН, начальник Управления геологических основ, науки и информатики Федерального агентства по недропользованию, кандидат геолого-минералогических наук Татьяна ЧЕПКАСОВА, начальник отдела региональных работ того же Управления
Ныне необходимость развития отечественной атомной энергетики не вызывает сомнения у специалистов. Общественность же относится к данной отрасли неоднозначно. И причина не столько в "чернобыльском синдроме" (1986 г.), сколько в отсутствии обоснованных вариантов решения проблемы обращения с радиоактивными отходами. К сожалению, действующие нормативные документы не требуют характеризовать геологические формации в районе размещения атомной станции с точки зрения их пригодности для захоронения токсичных компонентов. Между тем близость участков недр, способных необратимо "поглотить" опасные вещества, должна стать одним из главных критериев выбора места для строительства подобных объектов.
НЕРЕШЕННАЯ ПРОБЛЕМА
В 1980-х годах в некоторых ядерных государствах мира для окончательной изоляции радиоактивных отходов сформировали так называемые накопительные фонды. В нашей стране в 2000 - 2006 гг. государственные капитальные вложения на создание инфраструктуры по обращению с отработавшим ядерным топливом составили 293,6 млн. руб., однако действенного инструментария и соответствующих условий для эффективного решения задачи не создано. И поэтому прав академик Эрик Галимов, высказавший мнение: развитие атомной отрасли сдерживает ее главный недостаток - необходимость захоронения радиоактивных отходов*.
Согласно федеральным данным на территории отечественных атомных электростанций уже в 2005 г.
* См.: Э. Галимов. Проект"Луна-Гелий-3". - Наука в России. 2006, N 6 (прим. ред.).
стр. 14
Принципиальная схема захоронения промышленных сточных вод в глубокие водоносные горизонты:
1 - накопительная емкость;
2 - насос;
3 - нагнетательная скважина;
4 - наблюдательные скважины;
5 - зона активного водообмена (пресные подземные воды);
6 - зона замедленного водообмена (солонцеватые подземные воды);
7 - зона застойного режима (соленые подземные воды и рассолы);
8 - водоупорные породы;
9 - закачанные промышленные стоки.
содержалось порядка 3 млн. м3 отходов общей активностью около 4,4*104 Ки и свыше 70 тыс. т отработавшего ядерного топлива общей активностью 4*109 Ки. Сегодня имеющиеся емкости близки к предельному заполнению. Поэтому в апреле 2007 г. Правительство РФ признало: эффективный подход к решению накопившихся проблем до сих пор отсутствует. Пятью годами раньше был принят нормативный документ федерального уровня "Размещение атомных станций, основные критерии и требования по обеспечению безопасности". Он запрещает строительство объектов на площадях, расположенных непосредственно на активных тектонических разломах, а также в местах, где максимальная сейсмичность (расчетное значение) превышает 9 баллов по специальной шкале. К неблагоприятным отнесены и окрестности действующих вулканов (в том числе активных грязевых*), территории, подверженные цунами, катастрофическим паводкам или наводнениям, испытывающие угрозу затопления волной прорыва напорного фронта водохранилищ, зоны схода селевых потоков, тектонических нарушений, районы развития карста (термокарста), активных оползневых и других опасных склоновых процессов, пойменные террасы рек и берега водоемов со скоростью перемещения линии среза и бровки абразионного уступа более 1 м/год. Если уклон намеченной площадки превышает 15°, или грунтовые воды залегают на глубине менее 3 м при мощности грунта свыше 10 м и коэффициенте фильтрации 10 м/сут - строить атомную станцию здесь также не следует. Таким образом, в упомянутом документе первостепенное значение придается выявлению проблем инженерно-геологического характера. Но и здесь, к сожалению, отсутствует такой важный критерий оценки территории, как наличие геологических формаций, пригодных для захоронения токсичных, в том числе и радиоактивных веществ, неизбежно возникающих в процессе эксплуатации соответствующего объекта.
Чтобы устранить этот недостаток, Федеральное агентство по недропользованию и предприятие "Гидроспецгеология" в 2008 г. завершают работу по созданию карты условий захоронения жидких токсичных, в том числе радиоактивных, промышленных отходов на территории нашей страны и планируют приступить к составлению подобного документа по твердым и отвержденным отходам. Данные карты масштабом 1:2 500 000 предназначаются для проектируемых и действующих атомных электростанций и других объектов, производящих значительные объемы вредных веществ. Содержащаяся в них информация позволит правильно оценить отведенную под строительство либо уже занимаемую предприятием территорию с точки зрения пригодности недр для сооружения подземных полигонов.
ХРАНИЛИЩА ДЛЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ СТОКОВ
Жидкие радиоактивные отходы - в основном продукт предприятий атомной отрасли, их объемы значительны*. Вещества такой консистенции крайне трудно и потому нежелательно транспортировать. Следовательно, место для их безопасного размещения следует искать вблизи соответствующего предприятия, чтобы удаление вредных веществ не стало проблемой. Пример крайне неудачного выбора райо-
* См.: Е. Дубинина, В. Лаврушин. Грязевые вулканы: по следам геологической истории. - Наука в России, 2007, N 6 (прим. ред.).
** См.: В. Субботин. Основы безопасности ядерной энергетики. - Наука в России, 1999, N 1 (прим. ред.).
стр. 15
Фрагмент цифровой карты геолого-гидрогеологических условий захоронения жидких промышленных отходов в глубокие водоносные комплексы района расположения Калининской АЭС. Масштаб 1:2 500 000.
на для возведения подобного объекта - печально известный комбинат "Маяк" в Челябинской области (введен в эксплуатацию в конце 1940-х годов).
Обратимся к вышеупомянутой карте условий захоронения жидких промышленных отходов. Критерии, по которым на ней выделяли геологические структуры, пригодные для захоронения токсичных, в том числе и радиоактивных веществ, выведены на основе многолетнего положительного опыта эксплуатации около 20 таких подземных полигонов. Прежде всего, используемый для размещения промышленных отходов участок недр должен обеспечивать их надежную изоляцию на предполагаемый период хранения. То есть проникновение поллютантов из пласта-коллектора* в вышележащие водоносные горизонты, озера, реки или на поверхность земли здесь исключено. Во-вторых, следует выбирать участки, приуроченные к закрытым или полузакрытым геологическим структурам ("карманам литосферы", по определению геохимика академика Александра Виноградова) в зонах замедленного и весьма замедленного режима высокоминерализованных вод, не содержащих промышленных концентраций полезных компонентов. Общая пористость песчано-глинистых толщ здесь должна составлять 5,0 - 4,5%, трещиноватых пород - до 3,0%. Разумеется, районы активной сейсмической (тектонической) деятельности и развития опасных геологических процессов изначально не рассматриваются.
Пласт-коллектор, намеченный для захоронения жидких и пульпообразных промышленных отходов, должен отвечать многим требованиям, в частности обладать достаточной площадью, мощностью, пористостью и проницаемостью пород. Пределы глубин залегания - от 500 - 800 до 2500 - 3000 м. Оптимальная мощность перекрывающих и подстилающих его водоупорных толщ составляет не менее 10 - 15 м, а водо- и газонепроницаемость исключает гидравлическую связь между пластом-коллектором и другими горизонтами (коэффициент фильтрации не более 10 - 3 - 10 - 4 м/сут). Наконец, благодаря предварительной подготовке закачиваемых жидких стоков сорбционные накопления радиоизотопов в грунте не должны превышать значений, при которых за счет энергии радиоактивного распада температура разогрева пласта-коллектора (с его конкретными гидрохимическими условиями) может достигать точки кипения, а также реально развитие самопроизвольной цепной реакции. Итак, для захоронения жидких токсичных промышленных отходов рекомендуется пласт-коллектор, надежно изолированный от вышележащих водоносных горизонтов слабопроницаемыми породами (глинами, мергелями, аргиллитами, галогенными породами, гипсом и т.п.), в ближайших окрестностях (радиус 20 - 30 км) не выходящий на поверхность и не связанный с рекой. В перекрывающей его водоупорной толще в пределах горного отвода и санитарно-защитной зоны не могут быть "окна" литолого-фациального или тектонического характера. А еще выше должен залегать буферный горизонт, содержащий подземные воды, не пригодные для питьевых, бальнеологических и промышленных целей, и не сообщающийся с зоной активного водообмена. Наконец, следует подыскивать пласт-коллектор с такими емкостными и фильтрационными свойствами, чтобы при допустимых давлениях нагнетания он поглощал требуемый объем отходов.
* Пласт-коллектор - водоносный горизонт, изолированный от поверхности и нижележащих горизонтов располагающимися сверху и снизу водоупорными пластами (прим. ред.).
стр. 16
Фрагмент цифровой карты геолого-гидрогеологических условий захоронения жидких промышленных отходов в глубокие водоносные комплексы района расположения Нововоронежской АЭС.
Масштаб 1:2 500 000.
Это принципиальная схема захоронения токсичных, в том числе радиоактивных жидких отходов в глубокие водоносные горизонты. Однако если обратиться к вышеупомянутой карте, то окажется: участками недр, удовлетворяющими всем перечисленным требованиям, обладают далеко не все объекты атомной энергетики, в том числе уже построенные и функционирующие, и потому каждый конкретный случай требует специальной проработки. Так, в районе расположения Нововоронежской АЭС в радиусе 30 км от площадки нет геологических структур, подходящих для размещения жидких отходов.
Но прежде, чем анализировать положение разных объектов атомной энергетики, обсудим второй важнейший тип хранилищ - приповерхностные и подземные для твердых и отвержденных токсичных, в том числе радиоактивных отходов.
ОТВЕРЖДЕННЫЕ ОТХОДЫ: МЕЖДУНАРОДНЫЙ ОПЫТ
Приблизительно до 1983 г. ряд стран (например, Бельгия, Нидерланды) сбрасывали радиоактивные отходы в море, а Великобритания уже с 1949 г. начала опускать их на большую глубину.
Сегодня в мире для создания новых хранилищ отходов низкой и средней степени радиоактивности выбрано по меньшей мере 17 участков, в процессе обследования - свыше 25 в 17 странах. И почти везде такие планы наталкиваются на общественное и политическое сопротивление.
Не случайно в Великобритании компания "Нирекс", ответственная за удаление низко- и среднеактивных отходов, требующих глубинного захоронения, с 1991 г. тщательно изучает пригодность местности вблизи города Селлафилда на северо-западном побережье страны для создания хранилища, куда можно будет надежно "спрятать" и альфа-излучатели. Речь идет о породах морского дна на глубине 1 км.
В Швеции подобное хранилище, находящееся под дном Балтийского моря на глубине 60 м, эксплуатируют с 1988 г. Сюда поступают все короткоживущие отходы 12 действующих атомных станций, промышленных предприятий, исследовательских центров и госпиталей. Причем вещества, отличающиеся низкой радиоактивностью, содержатся в галереях (подземных горизонтальных горных выработках), средней - в бетонной цилиндрической камере. Кстати, именно в этой стране в рамках программы Комиссии европейского сообщества оценили метод удаления радиоактивных отходов в геологические формации и пришли к выводу: он может обеспечить надежный уровень безопасности будущих поколений. Но очень важны предварительные исследования в специальных подземных лабораториях. Одна из них создана
стр. 17
Фрагмент специальной инженерно-геологической карты условий захоронения (в интервале 0 - 300 м) твердых токсичных, в том числе низко- и среднеактивных, отходов в районе расположения Калининской АЭС.
Масштаб 1:2 500 000.
на севере Швеции, на глубине 500 м. Предполагается, что отработанное топливо в медных канистрах с толщиной стенок 10 см разместят в вертикальных скважинах и туннелях, сделанных в кристаллических породах на глубине не менее 0,5 км. Строительство хранилища намечено на 2010 г., введение в эксплуатацию - на 2020 г.
Во Франции более 25 лет успешно решают рассматриваемую проблему. Первый участок для захоронения радиоактивных веществ с периодом полураспада до 30 лет был введен в эксплуатацию в городе Ля-Агееще в 1969 г. А в 1991 г. в стране приняли закон об исследованиях в области окончательного удаления высокоактивных отходов, положивший начало многоцелевой программе, рассчитанной на 15 лет. Работа запланирована в трех направлениях: разделение и трансмутация долгоживущих элементов, содержащихся в отходах; оценка методов удаления последних в глубокие геологические формации (в том числе путем создания подземных лабораторий); изучение процессов их отверждения и способов долговременного хранения на поверхности. Оценка результатов этих изысканий позволит к 2009 г. выработать стратегию по обсуждаемому вопросу. Проведя детальные геологические работы, Национальное агентство по обращению с радиоактивными отходами предложило для создания подземной лаборатории три перспективных участка, размещающихся в глинистых формациях, и один - в гранитной формации. С 1992 г. в городе Сулэне в департаменте Об (регион Шампань-Арденны) действует второе хранилище, рассчитанное на удаление 1 млн. м3 таких веществ с периодом полураспада менее 30 лет. Оно заполнится к 2025 г. Поэтому в 2010 г. во Франции обнародуют место расположения третьего аналогичного объекта.
В Германии в настоящее время насчитывается 20 действующих АЭС, а ответственность за изыскания в области удаления их отходов в геологические формации несут различные государственные организации, в первую очередь Федеральное министерство по исследованиям и технологиям. За последние 30 лет они достигли значительного прогресса, особенно в обращении с низкоактивными веществами. Первый большой проект состоял в захоронении около 125 000 барабанов с таким содержимым (в том числе альфа-излучателями) в соляной шахте Ассе, находящейся вблизи города Бруншвика (Нижняя Саксония). Продолжается оценка пригодности соляного купола Горлебен для размещения долгоживущих радиоактивных веществ. Решение о возможности использования этой геологической структуры было принято еще в 1977 г. Подземные исследования здесь проводят до глубины 840 м. Действующее хранилище низко- и среднеактивных отходов емкостью 40 000 м3 расположено в очень сухой и стабильной соляной шахте Морслебен на глубине около 500 м. Для такого типа отходов, не выделяющих тепло, предназначен рудник Конрад, расположенный рядом с городом Зальцшттером (восточная часть Нижней Саксонии). Рудник сухой, перекрыт мощной толщей глины. Для создания хранилища соорудят
стр. 18
Фрагмент специальной инженерно-геологической карты условий захоронения (в интервале 0 - 300 м) твердых токсичных, в том числе низко- и среднеактивных, отходов в районе расположения Нововоронежской АЭС.
Масштаб 1:2 500 000.
горизонтальные туннели на глубине около 800 м, а для осуществления перевозок используют два шахтных ствола.
В Швейцарии общий объем высокоактивных отходов составляет всего порядка 500 м3. Однако не подтвердив техническую возможность их безопасного удаления, нельзя получить лицензию на продолжение эксплуатации станции. В связи с этим в 1985 г. в стране разработали проект "Гевар", в рамках которого предложена концепция строительства двух хранилищ: для низко- и среднеактивных отходов, а также для высокоактивных и долгоживущих среднеактивных. Подготовка к созданию второго из них стартовала в 1978 г.: специалисты изучали кристаллический фундамент с помощью глубоких скважин на севере Швейцарии, провели сейсморазведку, гидрогеологические изыскания и оценили неотектонические условия. В итоге предложен вариант глубокого (приблизительно на 1200 м от поверхности земли) хранилища шахтного типа, где высокоактивные отходы помещались бы в горизонтальных туннелях, засыпанных сильно уплотненным бентонитом.
В Испании низко- и среднеактивные отходы, содержащие короткоживущие радиоизотопы, размещают в бетонных емкостях у поверхности земли на участке Эль-Кабриль (провинция Кордоба). Это хранилище эксплуатируют с 1988 г. Долгоживущие высокоактивные вещества после временного содержания подлежат удалению в глубокие геологические формации. По мнению специалистов, в качестве вмещающих пород подойдут граниты и каменная соль, а также глинистые отложения. Для использования гранитов понадобится шахта на глубине 500 м, состоящая из выработок диаметром 2,4 м. Если же вредные компоненты "примет" каменная соль, хранилище должно быть шахтного типа и иметь глубину около 850 м.
Финляндия также отказалась от переработки использованного топлива и выбрала вариант его захоронения в коренных породах. В Олкилуото, где расположена атомная электростанция, в гранитной породе на глубине 60 - 100 м действует хранилище отходов реактора, состоящее из двух цилиндрических камер - для низко- и среднеактивных.
В Бельгии провели соответствующие исследования и убедились: для веществ низкой и средней степени радиоактивности в ряде районов могут быть созданы хранилища купольного типа в грунте, причем на небольшой глубине. Что же касается высокоактивных отходов, их можно обезопасить, поместив в отвержденном виде в глинистые отложения, о чем свидетельствуют данные, полученные в подземной лаборатории на участке Центра ядерных исследований в Моле на северо-востоке страны, созданной в глинистой формации Бум на глубине 230 м.
В США проблема безопасного удаления радиоактивных отходов возникла более 50 лет назад. Согласно ныне действующему законодательству Департамент по энергетике должен определить возможность безопасного удаления высокоактивных отходов на участке Юкка Маунтин (штат Невада), где завершена проходка разведочного туннеля в вулканическом туфе протяженностью 8 км на глубине более 200 м.
В Канаде программа контроля за радиоактивными отходами, начатая в конце 1970-х годов, направлена на разработку методов безопасного захоронения отработанного топлива и других высокоактивных веществ в кристаллические породы Канадского щита (часть Североамериканской континентальной плиты).
В Японии, в префектуре Гифи, в 1995 г. по итогам многолетних изысканий приняли решение о строительстве на территории геологического научного центра Тоно подземной лаборатории в гранитных породах. Она включает шахту на глубине 300 - 1000 м,
стр. 19
штольню для проведения исследовании, вентиляционный шахтный ствол и другие емкости. В течение 20 лет здесь оценят движение грунтовых вод и характер глубинных пород, соберут другие важные данные, касающиеся захоронения радиоактивных отходов.
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ
Итак, в большинстве стран мира наиболее рациональным и экологически безопасным признан метод удаления радиоактивных веществ в геологические формации: низко- и среднеактивные размещают соответственно в полигонах приповерхностного траншейного и котлованного (глубина порядка 20 м), тоннельного, шахтного и скважинного (до 300 м) типа, а высокоактивные, содержащие долгоживущие радионуклиды, - только шахтного и скважинного типа в интервале глубин 300 - 1500 м. И еще отметим: прежде чем приступить к строительству подземных лабораторий, необходимо обосновать выбор участка недр. А это невозможно без региональной карты условий захоронения. По каким же критериям следует оценивать территорию, составляя такой документ?
Для любого хранилища подходит широкий круг горных пород: магматические, метаморфические (кроме мрамора), осадочные (глины, аргиллиты, мергели, каменная соль, ангидриты). Если оно будет приповерхностным, подойдут платформенные, относительно возвышенные, слабовсхолмленные междуречные пространства с присутствием хорошо дренированных участков. Выбранная территория должна характеризоваться отсутствием даже минимальных проявлений таких геологических процессов, как карст, оползни, сели, лавины и т.д., а мощность вмещающей толщи должна быть не менее 20 м. Исключаются и места, где есть предпосылки для заболачивания, подтопления.
В случаях, когда предполагается сооружение объекта в интервале глубин 20 - 300 м, вмещающая толща должна быть представлена слабопроницаемыми горными породами, обладающими высокими сорбционными свойствами (мощность глинистых отложений -не менее 50 м, галогенных - 100 м).
При выборе участка под хранилище высокоактивных отходов (шахтного или скважинного типа) надо помнить: в глинистых формациях оптимальна глубина до 500 м, в галогенных - до 800, кристаллических - до 1500 м. Массив однородных пород, обладающих сорбционной емкостью, должен характеризоваться низкой водопроницаемостью и безводностью.
С учетом сказанного мы проанализировали фрагменты карт условий захоронения как жидких, так и твердых и отвержденных радиоактивных отходов для районов расположения Калининской и Нововоронежской атомных станций. Сравнение показало: первая обладает несомненными преимуществами, так как в ее ближайших окрестностях можно разместить все виды отходов - здесь есть перспективные участки недр. Вторая же обеспечена условиями для удаления лишь твердых и отвержденных отходов в интервале глубин 300 - 1500 м. Ближайший к Нововоронежской АЭС участок недр, пригодный для закачивания жидких стоков, находится примерно в 100 км, а подходящий для сооружения приповерхностных полигонов под низкоактивные вещества - на расстоянии порядка 20 км.
Закономерен вывод: стратегические решения по выбору района под строительство АЭС и ряда других предприятий должны приниматься с учетом возможности создания здесь (оптимально в пределах 30-километровой зоны) подземных полигонов для размещения производимых ими токсичных и радиоактивных отходов. Обоснованному решению данного вопроса помогут карты условий захоронения вредных веществ масштаба 1:2 500 000. Отметим: использование таких материалов целесообразно на предпроектных стадиях - при подготовке технико-экономического доклада и обосновании инвестиций, при разработке альтернативных вариантов размещения объекта. На втором же этапе - после принятия решения о месте расположения атомной станции - необходимо провести комплекс исследований масштаба 1:200 000 для составления пакета карт, освещающих вопросы защищенности водоносных горизонтов от радиоактивного загрязнения и уточняющих локализацию перспективных участков недр. Разумеется, эта работа выполняется в соответствии с требованиями нормативных документов, используемых при выполнении инженерных изысканий на площадках АЭС (руководства МАГАТЭ, Минатомэнерго РФ, строительные нормы и правила и т. п.).
В качестве примера продолжим сравнивать территории 30-километровых зон упомянутых атомных станций. Анализ геологических условий в районе Калининской АЭС с помощью карт масштаба 1:200 000 показывает: в случае сооружения здесь полигонов приповерхностного типа водоносные горизонты (если не первый от поверхности, то нижележащий) будут надежно защищены от возможного радиоактивного загрязнения. А вот в районе расположения Нововоронежской АЭС это требование не соблюдается, и ближайший перспективный участок находится довольно далеко.
Следует иметь в виду, что провести линии электропередачи к потребителю гораздо проще, дешевле и безопаснее, нежели решить проблему удаления радиоактивных отходов. Поэтому целесообразнее разместить АЭС там, где легче выбрать участки недр для сооружения подземных хранилищ, вместо того чтобы транспортировать впоследствии опасный груз в региональные полигоны захоронения, которых, кстати, пока не существует. Поиск перспективных для данных целей геологических структур - важная государственная задача, ибо от ее решения зависит безопасность людей, сохранность природных ресурсов.
В дальнейшем для районов расположения хранилищ необходимо составить специальные разномасштабные карты в формате автоматизированной геоинформационной системы с последующим их переводом в режим мониторинга.
Ныне необходимость развития отечественной атомной энергетики не вызывает сомнения у специалистов. Общественность же относится к данной отрасли неоднозначно. И причина не столько в "чернобыльском синдроме" (1986 г.), сколько в отсутствии обоснованных вариантов решения проблемы обращения с радиоактивными отходами. К сожалению, действующие нормативные документы не требуют характеризовать геологические формации в районе размещения атомной станции с точки зрения их пригодности для захоронения токсичных компонентов. Между тем близость участков недр, способных необратимо "поглотить" опасные вещества, должна стать одним из главных критериев выбора места для строительства подобных объектов.
НЕРЕШЕННАЯ ПРОБЛЕМА
В 1980-х годах в некоторых ядерных государствах мира для окончательной изоляции радиоактивных отходов сформировали так называемые накопительные фонды. В нашей стране в 2000 - 2006 гг. государственные капитальные вложения на создание инфраструктуры по обращению с отработавшим ядерным топливом составили 293,6 млн. руб., однако действенного инструментария и соответствующих условий для эффективного решения задачи не создано. И поэтому прав академик Эрик Галимов, высказавший мнение: развитие атомной отрасли сдерживает ее главный недостаток - необходимость захоронения радиоактивных отходов*.
Согласно федеральным данным на территории отечественных атомных электростанций уже в 2005 г.
* См.: Э. Галимов. Проект"Луна-Гелий-3". - Наука в России. 2006, N 6 (прим. ред.).
стр. 14
Принципиальная схема захоронения промышленных сточных вод в глубокие водоносные горизонты:
1 - накопительная емкость;
2 - насос;
3 - нагнетательная скважина;
4 - наблюдательные скважины;
5 - зона активного водообмена (пресные подземные воды);
6 - зона замедленного водообмена (солонцеватые подземные воды);
7 - зона застойного режима (соленые подземные воды и рассолы);
8 - водоупорные породы;
9 - закачанные промышленные стоки.
содержалось порядка 3 млн. м3 отходов общей активностью около 4,4*104 Ки и свыше 70 тыс. т отработавшего ядерного топлива общей активностью 4*109 Ки. Сегодня имеющиеся емкости близки к предельному заполнению. Поэтому в апреле 2007 г. Правительство РФ признало: эффективный подход к решению накопившихся проблем до сих пор отсутствует. Пятью годами раньше был принят нормативный документ федерального уровня "Размещение атомных станций, основные критерии и требования по обеспечению безопасности". Он запрещает строительство объектов на площадях, расположенных непосредственно на активных тектонических разломах, а также в местах, где максимальная сейсмичность (расчетное значение) превышает 9 баллов по специальной шкале. К неблагоприятным отнесены и окрестности действующих вулканов (в том числе активных грязевых*), территории, подверженные цунами, катастрофическим паводкам или наводнениям, испытывающие угрозу затопления волной прорыва напорного фронта водохранилищ, зоны схода селевых потоков, тектонических нарушений, районы развития карста (термокарста), активных оползневых и других опасных склоновых процессов, пойменные террасы рек и берега водоемов со скоростью перемещения линии среза и бровки абразионного уступа более 1 м/год. Если уклон намеченной площадки превышает 15°, или грунтовые воды залегают на глубине менее 3 м при мощности грунта свыше 10 м и коэффициенте фильтрации 10 м/сут - строить атомную станцию здесь также не следует. Таким образом, в упомянутом документе первостепенное значение придается выявлению проблем инженерно-геологического характера. Но и здесь, к сожалению, отсутствует такой важный критерий оценки территории, как наличие геологических формаций, пригодных для захоронения токсичных, в том числе и радиоактивных веществ, неизбежно возникающих в процессе эксплуатации соответствующего объекта.
Чтобы устранить этот недостаток, Федеральное агентство по недропользованию и предприятие "Гидроспецгеология" в 2008 г. завершают работу по созданию карты условий захоронения жидких токсичных, в том числе радиоактивных, промышленных отходов на территории нашей страны и планируют приступить к составлению подобного документа по твердым и отвержденным отходам. Данные карты масштабом 1:2 500 000 предназначаются для проектируемых и действующих атомных электростанций и других объектов, производящих значительные объемы вредных веществ. Содержащаяся в них информация позволит правильно оценить отведенную под строительство либо уже занимаемую предприятием территорию с точки зрения пригодности недр для сооружения подземных полигонов.
ХРАНИЛИЩА ДЛЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ СТОКОВ
Жидкие радиоактивные отходы - в основном продукт предприятий атомной отрасли, их объемы значительны*. Вещества такой консистенции крайне трудно и потому нежелательно транспортировать. Следовательно, место для их безопасного размещения следует искать вблизи соответствующего предприятия, чтобы удаление вредных веществ не стало проблемой. Пример крайне неудачного выбора райо-
* См.: Е. Дубинина, В. Лаврушин. Грязевые вулканы: по следам геологической истории. - Наука в России, 2007, N 6 (прим. ред.).
** См.: В. Субботин. Основы безопасности ядерной энергетики. - Наука в России, 1999, N 1 (прим. ред.).
стр. 15
Фрагмент цифровой карты геолого-гидрогеологических условий захоронения жидких промышленных отходов в глубокие водоносные комплексы района расположения Калининской АЭС. Масштаб 1:2 500 000.
на для возведения подобного объекта - печально известный комбинат "Маяк" в Челябинской области (введен в эксплуатацию в конце 1940-х годов).
Обратимся к вышеупомянутой карте условий захоронения жидких промышленных отходов. Критерии, по которым на ней выделяли геологические структуры, пригодные для захоронения токсичных, в том числе и радиоактивных веществ, выведены на основе многолетнего положительного опыта эксплуатации около 20 таких подземных полигонов. Прежде всего, используемый для размещения промышленных отходов участок недр должен обеспечивать их надежную изоляцию на предполагаемый период хранения. То есть проникновение поллютантов из пласта-коллектора* в вышележащие водоносные горизонты, озера, реки или на поверхность земли здесь исключено. Во-вторых, следует выбирать участки, приуроченные к закрытым или полузакрытым геологическим структурам ("карманам литосферы", по определению геохимика академика Александра Виноградова) в зонах замедленного и весьма замедленного режима высокоминерализованных вод, не содержащих промышленных концентраций полезных компонентов. Общая пористость песчано-глинистых толщ здесь должна составлять 5,0 - 4,5%, трещиноватых пород - до 3,0%. Разумеется, районы активной сейсмической (тектонической) деятельности и развития опасных геологических процессов изначально не рассматриваются.
Пласт-коллектор, намеченный для захоронения жидких и пульпообразных промышленных отходов, должен отвечать многим требованиям, в частности обладать достаточной площадью, мощностью, пористостью и проницаемостью пород. Пределы глубин залегания - от 500 - 800 до 2500 - 3000 м. Оптимальная мощность перекрывающих и подстилающих его водоупорных толщ составляет не менее 10 - 15 м, а водо- и газонепроницаемость исключает гидравлическую связь между пластом-коллектором и другими горизонтами (коэффициент фильтрации не более 10 - 3 - 10 - 4 м/сут). Наконец, благодаря предварительной подготовке закачиваемых жидких стоков сорбционные накопления радиоизотопов в грунте не должны превышать значений, при которых за счет энергии радиоактивного распада температура разогрева пласта-коллектора (с его конкретными гидрохимическими условиями) может достигать точки кипения, а также реально развитие самопроизвольной цепной реакции. Итак, для захоронения жидких токсичных промышленных отходов рекомендуется пласт-коллектор, надежно изолированный от вышележащих водоносных горизонтов слабопроницаемыми породами (глинами, мергелями, аргиллитами, галогенными породами, гипсом и т.п.), в ближайших окрестностях (радиус 20 - 30 км) не выходящий на поверхность и не связанный с рекой. В перекрывающей его водоупорной толще в пределах горного отвода и санитарно-защитной зоны не могут быть "окна" литолого-фациального или тектонического характера. А еще выше должен залегать буферный горизонт, содержащий подземные воды, не пригодные для питьевых, бальнеологических и промышленных целей, и не сообщающийся с зоной активного водообмена. Наконец, следует подыскивать пласт-коллектор с такими емкостными и фильтрационными свойствами, чтобы при допустимых давлениях нагнетания он поглощал требуемый объем отходов.
* Пласт-коллектор - водоносный горизонт, изолированный от поверхности и нижележащих горизонтов располагающимися сверху и снизу водоупорными пластами (прим. ред.).
стр. 16
Фрагмент цифровой карты геолого-гидрогеологических условий захоронения жидких промышленных отходов в глубокие водоносные комплексы района расположения Нововоронежской АЭС.
Масштаб 1:2 500 000.
Это принципиальная схема захоронения токсичных, в том числе радиоактивных жидких отходов в глубокие водоносные горизонты. Однако если обратиться к вышеупомянутой карте, то окажется: участками недр, удовлетворяющими всем перечисленным требованиям, обладают далеко не все объекты атомной энергетики, в том числе уже построенные и функционирующие, и потому каждый конкретный случай требует специальной проработки. Так, в районе расположения Нововоронежской АЭС в радиусе 30 км от площадки нет геологических структур, подходящих для размещения жидких отходов.
Но прежде, чем анализировать положение разных объектов атомной энергетики, обсудим второй важнейший тип хранилищ - приповерхностные и подземные для твердых и отвержденных токсичных, в том числе радиоактивных отходов.
ОТВЕРЖДЕННЫЕ ОТХОДЫ: МЕЖДУНАРОДНЫЙ ОПЫТ
Приблизительно до 1983 г. ряд стран (например, Бельгия, Нидерланды) сбрасывали радиоактивные отходы в море, а Великобритания уже с 1949 г. начала опускать их на большую глубину.
Сегодня в мире для создания новых хранилищ отходов низкой и средней степени радиоактивности выбрано по меньшей мере 17 участков, в процессе обследования - свыше 25 в 17 странах. И почти везде такие планы наталкиваются на общественное и политическое сопротивление.
Не случайно в Великобритании компания "Нирекс", ответственная за удаление низко- и среднеактивных отходов, требующих глубинного захоронения, с 1991 г. тщательно изучает пригодность местности вблизи города Селлафилда на северо-западном побережье страны для создания хранилища, куда можно будет надежно "спрятать" и альфа-излучатели. Речь идет о породах морского дна на глубине 1 км.
В Швеции подобное хранилище, находящееся под дном Балтийского моря на глубине 60 м, эксплуатируют с 1988 г. Сюда поступают все короткоживущие отходы 12 действующих атомных станций, промышленных предприятий, исследовательских центров и госпиталей. Причем вещества, отличающиеся низкой радиоактивностью, содержатся в галереях (подземных горизонтальных горных выработках), средней - в бетонной цилиндрической камере. Кстати, именно в этой стране в рамках программы Комиссии европейского сообщества оценили метод удаления радиоактивных отходов в геологические формации и пришли к выводу: он может обеспечить надежный уровень безопасности будущих поколений. Но очень важны предварительные исследования в специальных подземных лабораториях. Одна из них создана
стр. 17
Фрагмент специальной инженерно-геологической карты условий захоронения (в интервале 0 - 300 м) твердых токсичных, в том числе низко- и среднеактивных, отходов в районе расположения Калининской АЭС.
Масштаб 1:2 500 000.
на севере Швеции, на глубине 500 м. Предполагается, что отработанное топливо в медных канистрах с толщиной стенок 10 см разместят в вертикальных скважинах и туннелях, сделанных в кристаллических породах на глубине не менее 0,5 км. Строительство хранилища намечено на 2010 г., введение в эксплуатацию - на 2020 г.
Во Франции более 25 лет успешно решают рассматриваемую проблему. Первый участок для захоронения радиоактивных веществ с периодом полураспада до 30 лет был введен в эксплуатацию в городе Ля-Агееще в 1969 г. А в 1991 г. в стране приняли закон об исследованиях в области окончательного удаления высокоактивных отходов, положивший начало многоцелевой программе, рассчитанной на 15 лет. Работа запланирована в трех направлениях: разделение и трансмутация долгоживущих элементов, содержащихся в отходах; оценка методов удаления последних в глубокие геологические формации (в том числе путем создания подземных лабораторий); изучение процессов их отверждения и способов долговременного хранения на поверхности. Оценка результатов этих изысканий позволит к 2009 г. выработать стратегию по обсуждаемому вопросу. Проведя детальные геологические работы, Национальное агентство по обращению с радиоактивными отходами предложило для создания подземной лаборатории три перспективных участка, размещающихся в глинистых формациях, и один - в гранитной формации. С 1992 г. в городе Сулэне в департаменте Об (регион Шампань-Арденны) действует второе хранилище, рассчитанное на удаление 1 млн. м3 таких веществ с периодом полураспада менее 30 лет. Оно заполнится к 2025 г. Поэтому в 2010 г. во Франции обнародуют место расположения третьего аналогичного объекта.
В Германии в настоящее время насчитывается 20 действующих АЭС, а ответственность за изыскания в области удаления их отходов в геологические формации несут различные государственные организации, в первую очередь Федеральное министерство по исследованиям и технологиям. За последние 30 лет они достигли значительного прогресса, особенно в обращении с низкоактивными веществами. Первый большой проект состоял в захоронении около 125 000 барабанов с таким содержимым (в том числе альфа-излучателями) в соляной шахте Ассе, находящейся вблизи города Бруншвика (Нижняя Саксония). Продолжается оценка пригодности соляного купола Горлебен для размещения долгоживущих радиоактивных веществ. Решение о возможности использования этой геологической структуры было принято еще в 1977 г. Подземные исследования здесь проводят до глубины 840 м. Действующее хранилище низко- и среднеактивных отходов емкостью 40 000 м3 расположено в очень сухой и стабильной соляной шахте Морслебен на глубине около 500 м. Для такого типа отходов, не выделяющих тепло, предназначен рудник Конрад, расположенный рядом с городом Зальцшттером (восточная часть Нижней Саксонии). Рудник сухой, перекрыт мощной толщей глины. Для создания хранилища соорудят
стр. 18
Фрагмент специальной инженерно-геологической карты условий захоронения (в интервале 0 - 300 м) твердых токсичных, в том числе низко- и среднеактивных, отходов в районе расположения Нововоронежской АЭС.
Масштаб 1:2 500 000.
горизонтальные туннели на глубине около 800 м, а для осуществления перевозок используют два шахтных ствола.
В Швейцарии общий объем высокоактивных отходов составляет всего порядка 500 м3. Однако не подтвердив техническую возможность их безопасного удаления, нельзя получить лицензию на продолжение эксплуатации станции. В связи с этим в 1985 г. в стране разработали проект "Гевар", в рамках которого предложена концепция строительства двух хранилищ: для низко- и среднеактивных отходов, а также для высокоактивных и долгоживущих среднеактивных. Подготовка к созданию второго из них стартовала в 1978 г.: специалисты изучали кристаллический фундамент с помощью глубоких скважин на севере Швейцарии, провели сейсморазведку, гидрогеологические изыскания и оценили неотектонические условия. В итоге предложен вариант глубокого (приблизительно на 1200 м от поверхности земли) хранилища шахтного типа, где высокоактивные отходы помещались бы в горизонтальных туннелях, засыпанных сильно уплотненным бентонитом.
В Испании низко- и среднеактивные отходы, содержащие короткоживущие радиоизотопы, размещают в бетонных емкостях у поверхности земли на участке Эль-Кабриль (провинция Кордоба). Это хранилище эксплуатируют с 1988 г. Долгоживущие высокоактивные вещества после временного содержания подлежат удалению в глубокие геологические формации. По мнению специалистов, в качестве вмещающих пород подойдут граниты и каменная соль, а также глинистые отложения. Для использования гранитов понадобится шахта на глубине 500 м, состоящая из выработок диаметром 2,4 м. Если же вредные компоненты "примет" каменная соль, хранилище должно быть шахтного типа и иметь глубину около 850 м.
Финляндия также отказалась от переработки использованного топлива и выбрала вариант его захоронения в коренных породах. В Олкилуото, где расположена атомная электростанция, в гранитной породе на глубине 60 - 100 м действует хранилище отходов реактора, состоящее из двух цилиндрических камер - для низко- и среднеактивных.
В Бельгии провели соответствующие исследования и убедились: для веществ низкой и средней степени радиоактивности в ряде районов могут быть созданы хранилища купольного типа в грунте, причем на небольшой глубине. Что же касается высокоактивных отходов, их можно обезопасить, поместив в отвержденном виде в глинистые отложения, о чем свидетельствуют данные, полученные в подземной лаборатории на участке Центра ядерных исследований в Моле на северо-востоке страны, созданной в глинистой формации Бум на глубине 230 м.
В США проблема безопасного удаления радиоактивных отходов возникла более 50 лет назад. Согласно ныне действующему законодательству Департамент по энергетике должен определить возможность безопасного удаления высокоактивных отходов на участке Юкка Маунтин (штат Невада), где завершена проходка разведочного туннеля в вулканическом туфе протяженностью 8 км на глубине более 200 м.
В Канаде программа контроля за радиоактивными отходами, начатая в конце 1970-х годов, направлена на разработку методов безопасного захоронения отработанного топлива и других высокоактивных веществ в кристаллические породы Канадского щита (часть Североамериканской континентальной плиты).
В Японии, в префектуре Гифи, в 1995 г. по итогам многолетних изысканий приняли решение о строительстве на территории геологического научного центра Тоно подземной лаборатории в гранитных породах. Она включает шахту на глубине 300 - 1000 м,
стр. 19
штольню для проведения исследовании, вентиляционный шахтный ствол и другие емкости. В течение 20 лет здесь оценят движение грунтовых вод и характер глубинных пород, соберут другие важные данные, касающиеся захоронения радиоактивных отходов.
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ОПЫТ
Итак, в большинстве стран мира наиболее рациональным и экологически безопасным признан метод удаления радиоактивных веществ в геологические формации: низко- и среднеактивные размещают соответственно в полигонах приповерхностного траншейного и котлованного (глубина порядка 20 м), тоннельного, шахтного и скважинного (до 300 м) типа, а высокоактивные, содержащие долгоживущие радионуклиды, - только шахтного и скважинного типа в интервале глубин 300 - 1500 м. И еще отметим: прежде чем приступить к строительству подземных лабораторий, необходимо обосновать выбор участка недр. А это невозможно без региональной карты условий захоронения. По каким же критериям следует оценивать территорию, составляя такой документ?
Для любого хранилища подходит широкий круг горных пород: магматические, метаморфические (кроме мрамора), осадочные (глины, аргиллиты, мергели, каменная соль, ангидриты). Если оно будет приповерхностным, подойдут платформенные, относительно возвышенные, слабовсхолмленные междуречные пространства с присутствием хорошо дренированных участков. Выбранная территория должна характеризоваться отсутствием даже минимальных проявлений таких геологических процессов, как карст, оползни, сели, лавины и т.д., а мощность вмещающей толщи должна быть не менее 20 м. Исключаются и места, где есть предпосылки для заболачивания, подтопления.
В случаях, когда предполагается сооружение объекта в интервале глубин 20 - 300 м, вмещающая толща должна быть представлена слабопроницаемыми горными породами, обладающими высокими сорбционными свойствами (мощность глинистых отложений -не менее 50 м, галогенных - 100 м).
При выборе участка под хранилище высокоактивных отходов (шахтного или скважинного типа) надо помнить: в глинистых формациях оптимальна глубина до 500 м, в галогенных - до 800, кристаллических - до 1500 м. Массив однородных пород, обладающих сорбционной емкостью, должен характеризоваться низкой водопроницаемостью и безводностью.
С учетом сказанного мы проанализировали фрагменты карт условий захоронения как жидких, так и твердых и отвержденных радиоактивных отходов для районов расположения Калининской и Нововоронежской атомных станций. Сравнение показало: первая обладает несомненными преимуществами, так как в ее ближайших окрестностях можно разместить все виды отходов - здесь есть перспективные участки недр. Вторая же обеспечена условиями для удаления лишь твердых и отвержденных отходов в интервале глубин 300 - 1500 м. Ближайший к Нововоронежской АЭС участок недр, пригодный для закачивания жидких стоков, находится примерно в 100 км, а подходящий для сооружения приповерхностных полигонов под низкоактивные вещества - на расстоянии порядка 20 км.
Закономерен вывод: стратегические решения по выбору района под строительство АЭС и ряда других предприятий должны приниматься с учетом возможности создания здесь (оптимально в пределах 30-километровой зоны) подземных полигонов для размещения производимых ими токсичных и радиоактивных отходов. Обоснованному решению данного вопроса помогут карты условий захоронения вредных веществ масштаба 1:2 500 000. Отметим: использование таких материалов целесообразно на предпроектных стадиях - при подготовке технико-экономического доклада и обосновании инвестиций, при разработке альтернативных вариантов размещения объекта. На втором же этапе - после принятия решения о месте расположения атомной станции - необходимо провести комплекс исследований масштаба 1:200 000 для составления пакета карт, освещающих вопросы защищенности водоносных горизонтов от радиоактивного загрязнения и уточняющих локализацию перспективных участков недр. Разумеется, эта работа выполняется в соответствии с требованиями нормативных документов, используемых при выполнении инженерных изысканий на площадках АЭС (руководства МАГАТЭ, Минатомэнерго РФ, строительные нормы и правила и т. п.).
В качестве примера продолжим сравнивать территории 30-километровых зон упомянутых атомных станций. Анализ геологических условий в районе Калининской АЭС с помощью карт масштаба 1:200 000 показывает: в случае сооружения здесь полигонов приповерхностного типа водоносные горизонты (если не первый от поверхности, то нижележащий) будут надежно защищены от возможного радиоактивного загрязнения. А вот в районе расположения Нововоронежской АЭС это требование не соблюдается, и ближайший перспективный участок находится довольно далеко.
Следует иметь в виду, что провести линии электропередачи к потребителю гораздо проще, дешевле и безопаснее, нежели решить проблему удаления радиоактивных отходов. Поэтому целесообразнее разместить АЭС там, где легче выбрать участки недр для сооружения подземных хранилищ, вместо того чтобы транспортировать впоследствии опасный груз в региональные полигоны захоронения, которых, кстати, пока не существует. Поиск перспективных для данных целей геологических структур - важная государственная задача, ибо от ее решения зависит безопасность людей, сохранность природных ресурсов.
В дальнейшем для районов расположения хранилищ необходимо составить специальные разномасштабные карты в формате автоматизированной геоинформационной системы с последующим их переводом в режим мониторинга.
Опубликовано 10 сентября 2014 года
Новые статьи на library.by:
ВОЕННОЕ ДЕЛО:
Комментируем публикацию: ПОДЗЕМНЫЕ ПОЛИГОНЫ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
подняться наверх ↑
ССЫЛКИ ДЛЯ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ
По стандарту ВАК Республики Беларусь
Стандарт используется в белорусских учебных заведениях различного типа.
По ГОСТу Российской Федерации
Для образовательных и научно-исследовательских учреждений РФ
Прямой URL на данную страницу для блога или сайта
Предполагаемый источник
Полностью готовые для научного цитирования ссылки. Вставьте их в статью, исследование, реферат, курсой или дипломный проект, чтобы сослаться на данную публикацию №1410348119 в базе LIBRARY.BY.
подняться наверх ↑
ПАРТНЁРЫ БИБЛИОТЕКИ рекомендуем!
подняться наверх ↑
ОБРАТНО В РУБРИКУ?
Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY в VKновости, VKтрансляция и Одноклассниках, чтобы быстро узнавать о событиях онлайн библиотеки.
Добавить статью
Обнародовать свои произведения
Редактировать работы
Для действующих авторов
Зарегистрироваться
Доступ к модулю публикаций