ПРОБЛЕМА, КОТОРУЮ МЫ ОСТАВЛЯЕМ ПОТОМКАМ

В результате выполнения ядерных оборонных программ долговременная активность только жидких накопленных ВАО оценивается в миллиард Кюри (в сто раз больше активности чернобыльского выброса по цезию-137). Отходы имеют статус временно хранящихся материалов, работоспособная программа их утилизации, насколько нам известно, отсутствует.

Общим местом газетных публикаций последних лет стали сообщения о бедственном положении с утилизацией десятков реакторных отсеков судов гражданского флота и атомных подводных лодок, выведенных из боевого состава ВМФ, о переполнении временных хранилищ флота, хранении облученного ядерного топлива в неудовлетворительных условиях, о проблемах с его дальнейшей переработкой.

Количество отработавшего топлива реакторов РБМК атомных электростанций, исключенного из цикла переработки по причине низкого обогащения топлива ураном-235, составляет около 6 тыс. тонн. Отходы размещены во временных бассейнах-хранилищах при АЭС. Закрытие АЭС со всей остротой поставит вопрос о судьбе хранилищ, поскольку пролонгация данного статуса отходов потребует обслуживания хранилищ в течение приблизительно 300 лет. Мало того что все это время бассейны будут крупными потребителями электроэнергии для охлаждения топливных сборок, никто не сможет поручиться, что не произойдет разрушения оболочек твэлов при длительном пребывании в водной среде.

Альтернативный вариант столь же длительного сухого хранения выдержанных отходов требует для своей реализации капитальных затрат, более жесткого контроля условий хранения и также связан с потреблением электроэнергии.

Проблема обращения с ВАО является общемировой. Ежегодно возрастает разрыв между выгрузкой отработавшего топлива ядерных реакторов, составляющей около 10 тыс. тонн в год, и его переработкой. Часть этого превышения за счет стран с разомкнутым топливным циклом (например, США) пополняет банк отходов. Поставленная задача - выровнять в первом десятилетии XXI в. темпы выгрузки топлива и его переработки - в странах с замкнутым циклом приведет к резкому увеличению количества ВАО - продуктов переработки.

В начале XXI в. человечество (в том числе и Россия) столкнется с проблемой массового вывода из эксплуатации АЭС, построенных в 70-80 гг. нынешнего века. Насколько нам известно, в настоящее время отсутствуют приемлемые технические решения по переработке и захоронению крупногабаритных фрагментов центральных зон реакторов АЭС (также и транспортных реакторов).

Необходимо отметить, что в мире сделано очень много для изоляции ВАО, выведения опасных радионуклидов из биосферы. Принятым способом является захоронение ВАО в подземных сооружениях, возведенных в геологических формациях на глубинах 400-600 м. Отходы изолируются в прочных многослойных контейнерах, продукты переработки топлива предварительно остекловываются. Такие сооружения имеются в Швеции, Германии. В стадии осуществления находится проект в США (Юкка-Маунтин) с планируемой емкостью подземного хранилища в 70 тыс. тонн ВАО (недавно строительство прекращено из-за сомнений в правильности предварительных расчетов радиоэкологической безопасности хранилища). Россия не располагает сооружениями подобного рода.

Ни в коей мере не отрицая целесообразности развития указанного способа обращения с ВАО в России, хотелось бы обратить внимание на ряд его недостатков.

Способ характеризуется высокими затратами. Так, стоимость указанного проекта Юкка-Маунтин оценивается в 40 млрд. долл. Существенным компонентом стоимости является изготовление контейнеров для захоронения, в которых отходы должны удерживаться сотни лет. Совокупность всех затрат формирует высокую среднюю цену на мировом рынке - 600 тыс. долл. за изоляцию одной тонны ВАО.

Рассматриваемый способ не исключает долговременного загрязнения окружающей среды из-за высокой концентрации активности в контейнерах для захоронения - 0,1-1 Кюри/г, требует создания длительной и сложной системы мониторинга, контроля, охраны Заводы по остекловыванию ВАО - постоянно действующие источники загрязнения среды обитания человека. Риск радиационной аварии на таких заводах повышен, так как температура технологического процесса остекловывания намного выше температуры в недрах атомного реактора.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПРОЕКТ

Ситуация с радиоактивными отходами в России обострена экономическими и финансовыми трудностями, поэтому весьма актуален вопрос - нет ли альтернатив принятому способу захоронения ВАО? На наш взгляд, ответ положителен, поскольку в России разработана и запатентована ядерно-взрывная технология ликвидации ВАО, выгодно отличающаяся от принятого в настоящее время способа обращения с ними. В основу технологии легли более чем тридцатилетние исследования и разработки, выполненные в Российском федеральном ядерном центре ВНИИЭФ Министерства РФ по атомной энергии, Центральном физико-техническом институте Министерства обороны РФ и других организациях страны.

Основу технологии составляет управляемое использование высокоплотной энергии подземных ядерных взрывов. Значительный полезный эффект достигается благодаря специфике физических полей и масштабности протекающих при взрыве процессов. Изложим кратко основные аспекты ядерно-взрывной технологии.

На этапе подготовки к ликвидации ВАО на глубине примерно 600 м в толще горных пород алюмосиликатного состава с низким содержанием включенных газов оборудуется подземная камера, которая имеет форму центрального пустотного объема с радиально расходящимися боксами. В боксах и примыкающих к ним нишах размещают и изолируют с помощью специальных стабилизирующих наполнителей упаковочные контейнеры с высокоактивными отходами. Их перечень включает не подлежащее переработке топливо АЭС и транспортных реакторов, продукты переработки топлива, оболочки ТВЭЛов и концевые детали их сборок, нерастворимый осадок топлива после его переработки, центральные зоны реакторов атомных подводных лодок и прочие отходы.

Все упаковки размещаются в зоне формирования ударно-волнового расплава, образующегося в результате подрыва двух-трех ядерных зарядов суммарной эквивалентной мощностью 60-100 тыс. тонн тринитротолуола. Важным элементом технологии является специально возводимые отсеки захоронения, располагающиеся за пределами столба обрушения горных пород в полость взрыва и предназначенные для приема перемешанного с радионуклидами жидкого расплава горных пород.

В результате одного описанного события диспергируется (разрушается на мельчайшие части), плавится, перемешивается с расплавленными горными породами и стабилизирующими добавками и надежно изолируется от биосферы около 100-150 тонн ВАО с суммарной долговременной активностью 20 млн. Кюри (в два раза больше активности выброса Чернобыльской АЭС по цезию-137).

Одним из основных преимуществ ядерно-взрывной технологии по сравнению с традиционным (принятым) способом является то, что при указанном взрыве образуется не менее 27 тыс. тонн стекла высокого качества. Требуется работа десяти заводов типа AVM во Франции в течение 10 лет, чтобы добиться такой производительности. Стоимость стекла взрывного происхождения для условий Центрального полигона РФ на острове Новая Земля является чрезвычайно низкой - 300-400 долл. за одну тонну. Данный факт есть прямое следствие существования компактных высокоэнергетичных источников, нашедших наиболее полное выражение в ядерном заряде.

Этот отправной пункт технологии сопряжен с другим полезным эффектом - интенсивным перемешиванием относительно небольшой массы расплавленных отходов с очень большой массой расплавленных горных пород (их отношение составляет примерно 1:200 - 1: 300). Такой гигантский по масштабу "миксер" невозможно представить себе в заводских условиях. Если учесть, что весь описанный процесс протекает за доли секунды, то можно только удивляться развиваемой производительности, достигнутой рукотворным способом.

В конечном счете в глубинных геологических формациях образуется искусственное стекловидное тело. Уровень удельной активности в теле по прошествии короткого периода времени составит менее 0,005 Кюри/г, т.е. будет в сто раз меньше, чем при традиционном (принятом) способе захоронения. Указанное отличие принципиально и приводит к ряду важных следствий, среди которых можно некоторые выделить. Потенциальная опасность для окружающей среды скопления радионуклидов, образованного при использовании ядерно-взрывной технологии, не превышает опасности маломощного, не выходящего на поверхность уранового месторождения. Таким образом, опасные радионуклиды с помощью этой технологии возвращаются в лоно природы в то рассеянное состояние, которое сопровождало все этапы эволюции жизни на Земле.

При традиционном способе захоронения свободное пространство горных выработок засыпается мелкодисперсным материалом, например сухой смесью бентонитовой глины и песка. Так создается еще один барьер на пути их возможной миграции в биосферу. В предлагаемой технологии взрыв решает и эту задачу с недосягаемыми при традиционном способе масштабом, качеством и производительностью. Раздробленные ударной волной горные породы толстым слоем сначала пыли, затем смеси пыли и песка со всех сторон окружают созданную взрывом смесь расплавленных пород и ликвидируемых отходов. Толщина указанного слоя около 20 м, площадь поверхности всех частиц в каждом кубометре пыли превосходит 4 гектара. Поверхность этих частиц обладает аномально высокой способностью сорбировать ("притягивать к себе") радионуклиды.

В ядерно-взрывной технологии удержание радионуклидов вне биосферы осуществляется только за счет геотехнологических барьеров - компактной массы остеклованных горных пород, низкой концентрации радионуклидов в расплаве, толстого слоя мелкодисперсной пыли и песка, толщи вмещающих пород (дополнительно многосотметрового слоя вечной мерзлоты для условий Новоземельского полигона). Следовательно, отпадает необходимость в дорогостоящих контейнерах, используемых при захоронении традиционным способом, а также и в строительстве заводов по остекловыванию отходов.

Новизна предлагаемого способа в том, что при его применении осуществляется не захоронение, а ликвидация отходов вовсе как определенной категории атомной энергетики, т.е. оказывается услуга более высокого качества. По этой причине нет необходимости в создании сложной инженерной системы долговременного мониторинга, контроля и охраны объекта. Совокупность всех обстоятельств приводит к существенному снижению материальных и финансовых издержек. Расчеты показывают, что для условий Новоземельского полигона стоимость ликвидации одной тонны высокоактивных отходов составит около 120 тыс. долл., т.е. будет в пять раз меньше мировой.