А.Б.Малышев, А.М.Агапов, Федеральное Агентство по Атомной Энергии, Т.А.Гупало, Федеральное Государственное Унитарное Предприятие «ВНИПИпромтехнологии»

Широкомасштабное развитие атомной энергетики в XXI веке, ее востребованность потребителем, зависит от гарантий безопасности за весь период эксплуатации при сохранении ее экономической эффективности. Эти два фактора атомной энергетики сегодня являются определяющими [1].

Ключевым моментом при решении проблемы развития атомной энергетики является системное решение проблемы безопасного обращения с отработанным ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО) [1,2].

Данное сообщение посвящено экономически обоснованному и безопасному решению проблемы обращения с отработанным ядерным топливом и радиоактивными отходами с учетом выведения объектов из эксплуатации – созданию сети объектов окончательной изоляции.

Завершающим этапом и замкнутого и открытого топливного цикла является удаление отходов. В настоящее время принято, что все образующиеся отходы следует хранить в течение 30-50 лет с возможностью продления срока хранения. Этот путь не ведет к окончательному решению проблемы изоляции РАО, а требует постоянно нарастающих затрат без ясной перспективы их прекращения. При этом окончательное решение проблемы безопасного удаления отходов из сферы жизнедеятельности перекладывается на последующие поколения.

В результате развития атомной энергетики, выполнения военных программ, деятельности научно-исследовательских и медицинских учреждений в 33 субъектах Российской Федерации накоплены большие объемы радиоактивных отходов в жидком, твердом и отвержденном виде, которые находятся во временных хранилищах. В настоящее время, отходы размещаются на 69 предприятиях. В Европейской части Российской Федерации отходы накоплены в 21 субъекте Российской Федерации на 42 предприятиях, на Урале – в 3 субъектах Российской Федерации на 10 предприятиях, в Сибири – в 5 субъектах Российской Федерации на 10 предприятиях. Сравнительно небольшие объемы отходов находятся на 7 предприятиях в Дальневосточном регионе.

Ранее не существовало унифицированных решений по безопасной изоляции РАО – хранилища РАО зачастую создавались только с учетом специфики работы предприятий и используемых технологий. Так насчитывается более 30 различных типов хранилищ твердых РАО (ТРО): здания, траншеи, бункеры, емкости, открытые площадки и т.д.; и более 18 видов хранилищ жидких отходов (ЖРО): емкости, открытые водоемы, пульпохранилища и пр.

Заполнение эксплуатирующихся хранилищ РАО и ОЯТ на некоторых АЭС составляет более 80%, что еще более осложняет ситуацию. Более того, эти хранилища были рассчитаны на проектный срок эксплуатации станций, а срок службы АЭС нередко продлевается. И тогда нехватка объемов хранилищ РАО может стать преградой для продления срока эксплуатации станции.

В последнее время нормы радиационной безопасности стали строже: так за 12 лет, прошедшие с 87 по 99 годы, когда принимались НРБ-76/87 и НРБ-99, допустимое количество цезия в воде снилось в 50 раз, технеция – в 30, плутония в 140, америция в 100, нептуния в 40, а естественных радионуклидов U-238 и Th-234 – в 15 раз. Поэтому ранее созданные и законсервированные хранилища не вполне соответствуют современным требования безопасности, что также обостряет проблему накопления РАО и обуславливает необходимость ее решения. Однако проектами старых хранилищ не предусматривались решения по выводу их из эксплуатации, извлечению РАО и реабилитации территорий.

При создании хранилищ в предыдущие годы геологические условия площадок и технические требования, действующие в настоящее время, зачастую не учитывались, в результате чего:

– некоторые хранилища размещены на песках, песчаниках и супесях, с высокой проницаемостью. Это затрудняет обеспечение безопасности при локализации РАО на месте текущего хранения, даже если они по своим характеристикам разрешены к захоронению в приповерхностной области (по НП-055) – в этом случае требуется создание новых хранилищ или объектов окончательной изиляции.

– иногда меры по изоляции РАО от среды обитания человека вообще не предпринимались – так был создан ряд хранилищ, из которых происходит систематическое поступление загрязнений в речную сеть.

В настоящее время проблема накопления РАО в России решается за счет продления срока службы старых хранилищ с повышением их изолирующих свойств, а для вновь образующихся РАО – за счет использования новых технологических решений, которые позволяют минимизировать количество отходов и сократить строительство дополнительных хранилищ.

Но стоит задуматься, а что мы (или наши потомки) будем делать с отходами, когда кончится срок эксплуатации и этих хранилищ? Строить следующие? Тогда производство, в результате работы которого образуются радиоактивные отходы, может оказаться нерентабельным, так как вся его прибыль (или большая ее часть) должна быть направлена на финансирование хранения отходов на весь период сохранения ими потенциальной опасности. На графике (рис.1.) условно показаны вложения на хранение и окончательную изоляцию 1 м3 РАО, и их рост в зависимости от времени хранения (данные получены по экспертным оценкам ведомства).


Рис. 1. Сравнительная оценка затрат на длительное хранение и окончательную изоляцию РАО* (*Оценки получены для РАО, удовлетворяющих, по своим характеристикам и составу, требованиям к отходам, окончательная изоляция которых, по НП-055, допускается в приповерхностной области)

Также очевидно, что при отсроченном принятии решения об окончательной изоляции РАО, размещенных в хранилищах, стоимость всех технологических операций будет складываться из уже произведенных на тот момент затрат на хранение и стоимости окончательной изоляции.

Поэтому становится, очевидным, что временное хранение РАО может быть эффективной мерой решения проблемы только в том случае, когда это РАО, содержащие короткоживущие радионуклиды, и они могут быть через короткий срок выведены из-под радиационного контроля. Однако, учитывая срок сохранения потенциальной опасности большинством видов РАО, единственно разумным методом окончательного решения проблемы для них является изоляция в геологических формациях с организацией многобарьерной защиты.

В России сегодня в большинстве случаев реализуется кондиционирование и временное хранение РАО на территориях предприятий – источников образования РАО. Однако большинство стран с развитой атомной энергетикой избрало именно окончательную изоляцию в геологических формациях как способ решения проблемы РАО. Так во Франции, Германии, Австралии, Швеции, Корее и Японии осуществляется захоронение короткоживущих РАО. В Канаде, Германии, Бельгии, США, Финляндии, Франции, Швейцарии, Швеции, Японии созданы подземные лаборатории и осуществляются исследования для подтверждения пригодности участков для захоронения долгоживущих РАО [4]; в США производится их захоронение (WIPP) [5].

Остается признать, что следующим шагом, обеспечивающим рентабельность, а, следовательно, и выживание атомных производств в современных экономических реалиях является создание в России системы обращения с РАО, заключительным этапом обращении в которой является окончательная изоляция.

Необходимыми этапами при разработке и внедрении в Росатоме промышленных технологий окончательного захоронения высокоактивных РАО являются этапы, запланированные в Федеральной целевой программе "Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года" [3].

В настоящее время очевидно, что без решения вопросов создания системы обращения с РАО и ОЯТ в России и решения вопросов окончательной изоляции накопленных РАО невозможно дальнейшее ускоренное развитие атомной промышленности и энергетики.

Для решения этих вопросов необходимо принятие федерального закона об обращении с РАО и создание специального накопительного финансового фонда; и соответствующих решений Правительства о выборе и обосновании мест размещения объектов окончательной изоляции РАО.

Анализ систематизированной информации о всех видах и количестве РАО, находящихся на территории Российской Федерации в различных пунктах хранения, показывает, что для надежной окончательной изоляции РАО без влияния на окружающую среду и население требуется:

– развитие технологий и технологического обеспечения выделения из РАО сверхдолгоживущих радионуклидов и их кондиционирования;

– развитие технологий подземной изоляции жидких короткоживущих РАО в глубокие пласты-коллекторы;

– обоснование мест для окончательной изоляции низко и среднеактивных твердых и отвержденных РАО в региональных и локальных приповерхностных или подземных объектах окончательной изоляции;

– обоснование мест для размещения федеральных подземных объектов окончательной изоляции средне и высокоактивных твердых и отвержденных высокоактивных отходов и неперерабатываемого ОЯТ в геологических формациях.

В России имеется высокий технологический уровень готовности к решению проблемы окончательной изоляции РАО. Для всех технологических этапов (рис.2.) разработаны необходимые подходы и методы, а зачастую существуют и опытные образцы оборудования.



Рис. 2. Схема технологических этапов обращения с ЯРОО, РАО и ОЯТ

В отрасли в целом разработан и экспериментально подтвержден необходимый набор технологий, пригодных для подготовки РАО к окончательной изоляции, позволяющих перерабатывать отходы широкого диапазона первоначальных свойств и образующих таким образом элементы обобщенной технологической схемы, но необходимые установки зачастую отсутствуют в местах текущего хранения или накопления РАО.

Вместе с тем, большое разнообразие типов отходов вызвало появление, в предыдущие годы, огромного количества специфических технологий. В настоящее время стоит задача объединения таких разрозненных технологий и построение типовых экономически обоснованных технологий подготовки РАО к окончательной изоляции.

Достигнутый уровень научно-технических решений и технологий позволяет обеспечить безопасность всех этапов обращения с РАО. Для повышения безопасности и экономической эффективности реализуемых решений потребуется выполнение эколого-экономической оптимизации решений и работ, составляющих этап окончательной изоляции РАО.

Однако невозможно захоронение всех объемов накопленных в Российской Федерации РАО (1171 хранилище) в специально создаваемые могильники РАО. Кроме того, не все типы накопленных отходов возможно или экологически и экономически целесообразно извлекать из существующих хранилищ. Так, например, хранилища РАО, представленные водоемами-накопителями, отвалами забалансовых руд, хвостохранилищами, общий объем которых достигает 108 м3, должны быть приведены в экологически безопасное состояние без извлечения РАО.

Таким образом, в систему объектов окончательной изоляции РАО в Российской Федерации будут входить различные (по принципу создания) виды объектов: локальные – созданные в местах накопления значительных объемов «трудно» извлекаемых РАО, региональные и федеральные – специально созданные сооружения, размещение которых удовлетворяет всем техническим, политическим и социальным критериям.

Для создания объектов окончательной изоляции РАО и вывода остановленных ЯРОО из эксплуатации в Федеральной целевой программе "Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года" [3] разработан план действий и намечены конкретные шаги, позволяющие повысить экологическую безопасность и окончательно решить проблемы накопленных РАО.

Разработана необходимая научно-методическая база для выбора мест размещения приповерхностных (региональных) и глубокого заложения (федеральных) объектов окончательной изоляции РАО и начата разведка конкретных площадок [6,7].

В этой связи для решения проблемы обращения с ОЯТ и РАО необходимо объединить усилия всех ведомств и организаций, осуществляющих деятельность, связанную с использованием атомной энергии, с учетом накопленного мирового опыта. Ее решение будет способствовать дальнейшему ускоренному развитию отечественной атомной энергетики – одного из ключевых факторов экономического развития России.

Выводы

• Крупномасштабная атомная энергетика предполагает системное решение проблемы обращения с отработанным ядерным топливом, радиоактивными отходами, их захоронение и вывод объектов из эксплуатации;

• Наиболее приемлемым в настоящее время, экологически и экономически обоснованным способом решения проблемы накопления РАО, согласующимся с мировым опытом, является окончательная изоляция РАО в геологических формациях;

• Достигнутый уровень научно-технических решений и технологий позволяет обеспечить безопасность всех этапов обращения с РАО, однако остается вопрос об оптимизации эколого-экономической составляющей выполнения этапов окончательной изоляции РАО;

• Принятие в структуре большой атомной энергетики обязательного элемента решения экологических проблем требует пересмотра реализуемой в настоящее время в России практики длительного хранения РАО, как экономически неэффективной.

Список литературы
1. «Основы государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденные Президентом Российской Федерации В. В. Путиным.
2. «Объединенная Конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами».
3. Проект Федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года».
4. P.A. Witherspoon, G.S. Bodvarsson Geological Challenges in Radioactive Waste Isolation (Four Worldwide Review)//Prepared for the United States Department of Energy Under Contract No.DE-AC02-05CH11231, April 2004.
5. Final supplement Environmental Impact Statement: Waste Isolation Pilot Plant. Rep. DOE/ETS-0026-FS. Office of restoration & Waste Management. DOE. Washington. 1990.
6. Лаверов Н.П., Величкин В.И., Омельяненко Б.И. Новые подходы к подземному захоронению высоко активных отходов в России // Геоэкология, 1, 2000г. - С. 3-12.
7. Т.А.Гупало Перспективы развития технологий геологической изоляции радиоактивных отходов в России// VII Международная конференция «Безопасность ядерных технологий обращения с РАО», С-П 27/09-1/10/2004. Сборник докладов. С. 190-196.

По материалам Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии»