ГЛАВА 2
ВЛИЯНИЕ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
НА СОСТОЯНИЕ ГОРНОГО МАССИВА
2.1. Анализ физико-технических параметров радиоактивных отходов
Радиоактивные отходы (РАО) - это побочные биологически и технически вредные вещества, содержащие радионуклиды образовавшиеся в результате технической деятельности человека [35]. Активность РАО определяется главным образом искусственными радионуклидами, имеющими период полураспада не менее нескольких часов. В процессе образования РАО и их уничтожения существуют следующие основные этапы: улавливание, концентрирование, упаковка, хранение, захоронение.
Захоронение РАО - актуальная и сложная проблема. Отходы будут радиоактивны в течение миллионов лет, являясь главным долгоживущим источником облучения населения.
В захоронении РАО существует две тенденции: локальная и региональная. Локальная связана с захоронением РАО на месте образования [35,36]. Это удобно во многих отношениях, но экологически небезопасно, так как приводит к увеличению количества зон с повышенной опасностью. Региональный подход энерго- и капиталоемок и требует усиленных мер безопасности при перевозке отходов.
В результате работы ядерного топливного цикла возникает три категории отходов: газообразные, жидкие, твердые.
Этап улавливания особенно важен для газообразных отходов, отвод которых в атмосферу происходит через вентиляционные трубы.
Жидкие отходы АЭС представляют собой высокоминерализованные растворы с солесодержанием 150-200 г/л. Хранятся в специальных железобетонных резервуарах, облицованных стальным листом. Суммарная активность отходов находится в пределах 1•10-5-3•10-3 Ки/л (3,7•105-11•107 Бк/л). Основной вклад в активность дает 137С. Общая активность жидких отходов, образующихся за год работы АЭС, равна 50-2000 Ки (18•1011-750•1011Бк). Загрязненная вода в процессе эксплуатации реактора и проведения ремонтных работ подвергается очистке для повторного использования. Жидкие отходы для захоронения переводят в твердое состояние, концентрируя и включая в стеклообразную массу, которую заключают в металлическую оболочку и помещают в бетонные или пористые керамические конструкции.
Твердые отходы наиболее многочисленны. На АЭС - это отработанное оборудование, использованные фильтры вентиляционных систем, загрязненный строительный материал, обтирочные материалы, спецодежда и др. Хранение твердых отходов осуществляется в бетонированных подземных сооружениях. Негорючие отходы прессуют для уменьшения объема в 3-10 раз. Крупногабаритное оборудование (насосы, емкости, теплообменники и т.п.) разбирают, разрезают в специальных камерах и прессуют. В реакторах АЭС мощностью 1 ГВт за год образуется 300-500 м3 твердых отходов. От переработки ТВЭЛов образуется 10 м3 высокоактивных (>10 мЗв/ч), 40 м3 среднеактивных (< 10 мЗв/ч) и 130 м3 низкоактивных (< 0,3 мЗв/ч).
Особым видом РАО являются твердые отходы, образующиеся при обогащении и переработке урановых руд. Вблизи действующих обогатительных фабрик США накопилось около 500 млн. тонн РАО [29].
Для захоронения РАО наиболее пригодны подземные горные выработки глубокого заложения. Используются скважины, пройденные в глинах или скальных породах. Участок для захоронения РАО должен характеризоваться высокой водонепроницаемостью.
Предохранение от миграции радионуклидов с грунтовыми водами - первоначальная проблема захоронения. Необходимо установить механизм циркуляции подземных вод, т. к. именно они являются переносчиками радионуклидов в биосферу из могильников. Степень миграции радионуклидов составляет: 90Sr - 2500 лет/км, 137Сs - 19000 лет/км. Своеобразными участками захоронения являются места подземных ядерных взрывов. На полигоне в штате Невада [29] произведено примерно 450 взрывов. Каждый взрыв образовал могильник высокоактивных РАО, содержащих несколько килограммов 239Ри, 235U, 234U, 3H.
Нерешенной на данном этапе в Украине является проблема захоронения ОЯТ, высокоактивных отходов атомной промышленности и трансурановых отходов, содержащих альфа-излучающие элементы (например плутоний) с исключительно длительным периодом полураспада [23,37]. Высокоактивные отходы атомной промышленности - это радиоактивные материалы с высокой удельной активностью, которые образуются в результате регенерации ОЯТ с включением жидких отходов в процессе переработки. При упаривании жидких отходов из них выделяются твердые компоненты, содержащие в своем составе продукты деления в высокой концентрации.
Проблема захоронения РАО строится на разрешении противоречий технического и социально-экономического характера. Для строительства могильника необходимо учесть тот факт, что в результате сочетания термальных, гидрогеологических, геохимических и геомеханических условий, в недрах вмещающих пород может возникнуть нештатная ситуация, способствующая ускоренной утечке радиоактивных изотопов. В этой связи, исследования, связанные с поведением массива горных пород должны базироваться на теоретическом и экспериментальном изучении взаимодействия многопараметрических процессов.
2.2. Анализ геотехнических факторов выбора участков захоронения РАО
В проекте могильника предусматриваются эксплуатационный период 26-35 лет и возможность обратного извлечения отходов в течение 50 лет после их захоронения. Поэтому важным фактором, связанным с поведением вмещающих пород, является время. Другой фактор, с которым сталкиваются при захоронении РАО - это влияние высоких температур (100-400 оС) на состояние горных пород. Третьим фактором, влиянием которого пренебрегают при проходке и эксплуатации традиционных подземных горных выработок, но с которым необходимо считаться при эксплуатации инженерных систем могильника, является радиация [28,29].
Основная проблема заключается в том, что в результате сочетания термальных, гидрогеологических, геохимических и геомеханических условий может возникнуть ситуация, способствующая ускорению утечки радиоактивных изотопов. Поэтому планы районирования и модельные исслед