Тема: Проблемы захоронения радиоактивных отходов в глинах

В XX веке человечество открыло для себя новую отрасль энергетики – атомную энергетику, позволившую увеличить количество производимой электрической и тепловой энергии.
Ядерная энергия – энергия, освобождающаяся в результате внутренней перестройки атомных ядер [1]. Основные источники ядерной энергии:
1. реакции деления тяжелых ядер (ядерный реактор, атомная бомба);
2. термоядерные реакции – реакции синтеза (соединения) легких ядер (термоядер-
ный реактор, водородная бомба);
3. радиоактивный распад.
Запуск первого в мире ядерного реактора произошел в декабре 1942 г. в Чикаго
(США, Иллинойс) под руководством итальянского физика Э. Ферми. В качестве топли-
ва был использован необогащенный 235U, в качестве замедлителя нейтронов – графит.
Опыт по достижению надкритического состояния с развитием самоподдерживающейся
цепной ядерной реакции был успешен. В СССР первый ядерный реактор был запущен в
декабре 1946 г. в Москве под руководством И.В. Курчатова.
Июнь 1954 г. – ввод в эксплуатацию Обнинской АЭС, первой в мире атомной элек-
тростанции, расположенной в г. Обнинск Калужской обл. Реактор АМ-1 серии РБМК
(реактор большой мощности канальный) представлял собой графитовый реактор ка-
нального типа на тепловых нейтронах с трубчатыми ТВЭЛ1-ами, охлаждаемый водой.
Тепловая мощность реактора составляла ~ 30 МВт. Значения электрической мощности
АЭС в разные годы находились в пределах от 3 до 5 МВт, КПД доходил до 17%. Топ-
ливная загрузка – примерно 560 кг урана, обогащенного по 235U до 5-10 %. В апреле
2002 г. работа ректора была прекращена из-за нерентабельности [2].
По данным Всемирной ядерной ассоциации (World Nuclear Association, WNA), 447
действующих ядерных реактора снабжают электроэнергией 31 страну мира. За 2014 год
атомные реакторы мира произвели около 2,5 тыс. ТВт-ч электроэнергии, что составило
около 10 % общемирового производства электроэнергии [3].
На рисунке, представленном ниже, можно увидеть, какие регионы мира лидируют в
производстве ядерной энергии и где строятся новые электростанции.
Рисунок 1. Производство электроэнергии и мощности строящихся АЭС в мире [3]
Достоинствами атомной энергетики являются большие запасы потенциально при-
годного ядерного топлива с учетом его воспроизводимости, отсутствие нарушений
биогеохимических циклов кислорода из-за «сжигания» топлива в реакторе без окисли-
телей, т.е. без затрат кислорода.
Существует и ряд проблем, связанных с воздействием объектов ядерного комплекса
на человека и природную среду: последствия воздействия ионизирующих излучений и
возможных радиационных аварий, проблемы обращения с отработавшим ядерным топ-
ливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО). Кроме того, объекты ядерного топ-
ливного цикла оказывают также и нерадиационное воздействие на биосферу, обуслов-
ленное отчуждением земель, сбросным теплом, выбросом влаги в атмосферу и про-
мышленными стоками химических загрязнителей [4].
Наиболее актуальной из приведенных выше является проблема обращения с РАО и
ОЯТ. В силу некоторых особенностей, присущих нашей стране, практические шаги по
ее решению откладывались до тех пор, пока они ни стали остро необходимыми: ны-
нешняя ситуация, сложившаяся с хранением и захоронением РАО и ОЯТ, не соответ-
ствует современным требованиям охраны природы и законодательству Российской Фе-
дерации. Захоронение отходов в глинах – практически возможный и один из самых
действенных способов окончательной изоляции твердых и отвержденных радиоактивных отходов.
Актуальность темы данной работы связана с тем, что:
1. Во-первых, объемы накопленных на территории России РАО наибольшие в ми-
ре; кроме того, преобладающая их часть не захоронена;
2. Во-вторых, 11 июля 2011 года был принят закон N 190-ФЗ «Об обращении с ра-
диоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные
акты Российской Федерации», который обязывает захоранивать все классы ра-
диоактивных отходов, кроме короткоживущих, удельная активность которых в
результате распада радионуклидов за время хранения может быть снижена до
уровня, при котором такие отходы перестают быть радиоактивными.
Цель данной работы – проанализировать основные проблемы, связанные с захо-
ронением образовавшихся на территории Ленинградской области РАО в глинах на
примере участка предполагаемого строительства пункта захоронения радиоактивных
отходов вблизи г. Сосновый Бор. Для достижения поставленной цели были определены
следующие задачи:
1. Рассмотреть пути образования и основы классификаций радиоактивных отхо-
дов; изучить существующие способы окончательной изоляции радиоактивных отходов;
2. Проанализировать сложившиеся за рубежом и в России ситуации с захоронением
радиоактивных отходов;
3. Изучить классификации и основные свойства глинистых пород, позволяющие
считать их перспективной средой для захоронения радиоактивных отходов;
4. Дать характеристику территории и рассмотреть геологическое строение участка,
перспективного для размещения пункта захоронения радиоактивных отходов в глинах;
5. Оценить масштаб возможных экологических последствий гипотетической ката-
строфической радиационной аварии при проникновении радионуклидов из
пункта захоронения радиоактивных отходов в вендский водоносный комплекс
или прямо в Финский залив.
Купить

Проблема захоронения радиоактивных отходов является в настоящее время одной
из важнейших проблем атомной промышленности: в соответствии с принятым в 2011
году законом, колоссальные объемы отходов, накопленные на территории нашей стра-
ны, подлежат обязательному захоронению.
При решении задач для достижения поставленной цели, обозначенной как «проана-
лизировать основные проблемы, связанные с захоронением образовавшихся на терри-
тории Ленинградской области РАО в глинах на примере участка предполагаемого
строительства пункта захоронения радиоактивных отходов вблизи г. Сосновый Бор»,
было установлено, что:
1. Преобладающий вклад в суммарную активность накопленных на территории
России РАО принадлежит военной деятельности по наработке оружейного плутония;
В зависимости от задачи РАО могут классифицироваться по многим признакам,
основными из которых являются: активность, агрегатное состояние и период
полураспада радионуклидов, в них содержащихся. Отдельных классификаций
РАО по тепловыделению и объему не существует;
В настоящее время существует 2 способа захоронения РАО: приповерхностный
и глубинный. Приповерхностный способ предназначен для захоронения твердых
и отвержденных короткоживущих отходов на глубинах до 100 м, второй – для
захоронения высокоактивных или долгоживущих радиоактивных альфа-
содержащих отходов на глубинах более 100 м от поверхности земли.
2. В четырех странах объемы накопленных отходов превышают 1 млн. м3: Велико-
британии, Канаде, США и Франции. Причем только США имеют объемы РАО,
превышающие 100 млн. м3;
Наиболее распространенный способ захоронения РАО – приповерхностный;
способ глубинного захоронения реализован только в четырех странах: Венгрии,
Германии, США и Финляндии;
На территории России накоплен наибольший в мире объем РАО, который со-
ставляет 560 млн. м3; при этом лишь 11 % этого объема захоронено. Использо-
ванный способ захоронения отходов путем закачки в пласты-коллекторы проти-
воречит Водному кодексу РФ.
3. Свойствами глинистых пород, позволяющими считать их перспективной средой
для захоронения радиоактивных отходов, являются: водоупорность, поглощаю-
щая способность и высокая удельная поверхность, пластичность, набухаемость,
стабильность. Очень существенно то, что глинистые породы по проницаемости
относятся к весьма слабопроницаемым и почти непроницаемым горным поро-
дам (Кф < 1,2×10-6 м/c, Кп < 1,2×10-13 м2).
4. Максимальная интенсивность возможных сейсмических сотрясений в районе
предполагаемого места размещения ПЗРО составляет 6 баллов;
Верхнекотлинский водоупорный горизонт граничит с ломоносовским водонос-
ным горизонтом сверху и вендским водоносным комплексом снизу. Разгрузка
вод вендского водоносного комплекса происходит в 25-30 км к северо-западу от
площадки ПЗРО в Финском заливе;
Верхнекотлинский водоупорный горизонт – трещиновато-блочная среда, при-
сутствие межблочных трещин в которой повышает проницаемость глин на 2-3 порядка.
5. При самых неблагоприятных условиях аварии (отсутствие инженерного барьера
и нарушение сплошности глинистого массива), загрязнения радионуклидами вод
Финского залива не произойдет. Максимальная длина пути миграции радио-
нуклидов в вендском водоносном комплексе составит 150 м. Если предполо-
жить, что половина захороненных РАО попадет в Балтийское море, то при годо-
вом потреблении воды взрослым человеком эффективная доза облучения не
превысит сотой доли ПД, установленной для населения.
Кроме этого, при проведении работы нами были выделены 4 существенные пробле-
мы, связанные с захоронением РАО в глинах на примере предполагаемом участке раз-
мещения ПЗРО вблизи г. Сосновый Бор (Ленинградская обл.):
1. В регионе, где расположена приоритетная по результатам ОВОС площадка, про-
ходит полоса разломов, имеющая наибольшую современную активность;
2. Глинистая толща, выбранная в качестве естественного барьера безопасности
ПЗРО, является трещиновато-блочной средой;
3. Возможное несоответствие существующим требованиям размещения пункта
окончательной изоляции РАО;
4. Несогласия общественности с планированным возведением ПЗРО на данном участке.
Результаты оценки масштаба экологических последствий возможной радиационной
аварии при самых неблагоприятных условиях показали, что предполагаемый к возведе-
нию ПЗРО не окажет негативного воздействия на человека.
Подводя итог, можно сделать вывод, что захоронение отходов в глинах, несмотря на
определенные трудности, действительно является перспективным способом их оконча-
тельной изоляции.
Купить