Глава 6. ХРАНИЛИЩА (ПУНКТЫ ЗАХОРОНЕНИЯ) ТВЕРДЫХ РАО
6.1.Общие сведения и положения
Внастоящее время хранилища твердых радиоактивных отходов (ХТРО) являются самыми многочисленными объектами временного хранения и захоронения РАО на ПЯТЦ (более двух сотен). В соответствии с классификацией ХТРО, рассмотренной в нормативном документе НП-055-04, все хранилища являются приповерхно-
стными пунктами захоронения радиоактивных отходов (ППЗРО),
определяемые как – стационарные объекты и (или) сооружения, предназначенные для приповерхностного захоронения РАО, размещенные в пределах определенной проектом территории и оснащенные необходимыми для обращения с РАО системами и обору-
дованием [20], [21].
Первые ХТРО (50-60 годы прошлого столетия) создавались в соответствии с требованиями ведомственных документов и санитарных нормативов общего характера. При этом использовали сухие площадки и/или траншеи и котлованы, которые после их заполнения отходами покрывали слоем грунта. Для размещения ТРО высокой активности с долгоживущими радионуклидами использовали железобетонные емкости различной конфигурации. В качестве инженерных барьеров применяли глину, асфальт, битум и др.
Первые документы международного уровня (документы МАГАТЭ), в которых содержались требования к безопасности пунктов хранения (захоронения) РАО и обобщающие существующий международный опыт, появились в 1990-1997 годах. В 1995 году в ст. 47 и 48 ФЗ «Об использовании атомной энергии» были сформулированы общие требования по обращению с РАО. Разработка и внедрение нормативных документов в РФ, относящихся к хранению (захоронению) ТРО, соответствующих рекомендациям МАГАТЭ, относится к началу этого века.
Примечание. В этой главе уместно остановиться на вопросе по терминологии, связанной с ХТРО. Широко используемый на практике в России (в документах ПЯТЦ) и за рубежом термин «могильник РАО» не используется в документах Ростехнадзора НП-069-06, НП-055-04 и др. Однако этот термин применяется в государственных стандартах по обращению с РАО ГОСТ Р 50996 – 96 (Сбор, хра-
156
нение, переработка и захоронение радиоактивных отходов. Термины и определения) и ГОСТ Р 52037 – 2003 (Могильники приповерхностные для захоронения радиоактивных отходов. Общие требования). Приведем их определения [68],[69].
Могильник (РАО) – инженерное сооружение или природное геологическое образование для захоронения РАО. Могильники могут быть приповерхностными или расположенными в глубоких геологических формациях.
Приповерхностный могильник РАО – могильник, предназначенный для приповерхностного захоронения РАО. Могильники классифицируют по ряду признаков, которые фактически определяют соответствующий статус существующих ХТРО:
-по расположению относительно земной поверхности (наземные сооружения
–расположенные на поверхности земли и заглубленные сооружения – расположенные на глубине до 100 м ниже уровня земли);
-по конструкции (курганы из ограждающих железобетонных конструкций с упаковками РАО, слабозаглубленные железобетонные сооружения: траншеи, котлованы, стволы);
-по способу строительства;
-по типу вмещающих пород;
-по статусу территориального расположения и сферы обслуживания (местные, региональные, межрегиональные).
Как видно из сравнения вышеуказанных терминов, приповерхностный могиль-
ник РАО и приповерхностный пункт захоронения РАО представляют собой один и тот же объект захоронения РАО.
В настоящее время в России отсутствуют захоронения ТРО в глубокие геологические формации (захоронение глубокого заложения), определяемое как захоронение РАО, размещенное на глубине нескольких сотен метров без намерения последующего их извлечения.
6.2. Опасности, создаваемые ХТРО
Приведем характеристики РАО, которые размещаются в ХТРО различных предприятий. Этот набор твердых РАО довольно типичен для ПЯТЦ.
Состав НАО: спецодежда, черные металлы, неорганические ТРО, лабораторная посуда, стекло, пластикат, бумага, обтирочный материал, спецодежда, средство индивидуальной защиты, строительный мусор, шлак, деревянная тара, металлические отходы, биологические отходы и др.
Состав САО: металлические отходы переработки, пульпы отработанных сорбентов и фильтроматериалов, корпуса и детали реакторов, списанные радиоизотопные приборы, извещатели дыма, за-
157
крытые радиоизотопные источники, шламы, зола, отработанные ионообменные смолы, фильтры с тканью Петрянова и др.
Состав ВАО: технологические каналы, металлические отходы, демонтированное реакторное оборудование, корпуса и детали реакторов, отходы из горячих камер, поврежденные радионуклидные источники, извещатели дыма, оболочки тепловыделяющих элементов, остеклованные отходы, отработанные ионообменные смолы и др.
Как для эксплуатируемых, так и для закрытых ХТРО основная радиационная опасность связана с возможностью распространения радионуклидов, находящихся в объеме хранилища, с подземными водами за пределы ХТРО. Если хранилище находится в идеально сухом состоянии постоянно, т.е. никогда влага не появляется в объеме хранилища, то распространение радионуклидов за пределы ХТРО практически невозможно. Конечно, со временем из-за разности концентраций любых химических веществ, вследствие диффузионных процессов, такое перемещение радионуклидов будет происходить, но оно будет крайне медленным и незначительным по объему.
Другое дело, когда в объеме ХТРО появляется влага, наличие которой может быть обусловлена различными причинами:
–близостью грунтовых вод;
–неправильным выбором места размещения ХТРО, когда в результате подъема уровня воды из-за сезонных наводнений или обильных осадков происходит подтопление или затопление хранилища;
–проникновение воды через покрывающий экран или при загрузке РАО в ХТРО в случае выпадения осадков (дождя, снега, града);
–наличие остаточной влаги после монтажа ХТРО;
–появление влаги с РАО (количество влаги в объеме ХТРО в соответствии с требованиями НП-069-06 не должно превышать 3 % от количества отходов);
–образование конденсированной влаги из-за изменения температурных условий хранения;
–образование влаги в результате химических и радиационных взаимодействий компонентов РАО.
158
Если ТРО размещаются в абсолютно герметичном объеме (идеализация захоронения), сохраняющем свою герметичность в течение всего срока потенциальной опасности отходов, то наличие влаги вне и внутри объема ХТРО неопасно. Однако инженерные барьеры сохраняют свои свойства ограниченное время: металлические изделия могут подвергаться коррозии, что приводит к их разрушению, бетон со временем также теряет свои свойства, превращаясь в песок, сборные железобетонные конструкции имеют щели в стыках между блоками и т.д. Кроме того, РАО даже в отсутствие влаги внутри хранилища могут создавать условия, способствующие разрушению инженерных барьеров. Отходы могут содержать сильные окислители, коррозионно-активные вещества, взрыво- и пожароопасные вещества и другие вещества, ограничения на которые приведены в перечне критериев приемлемости РАО (НП-069-06,
РБ-023-02) [21], [70].
Примечание. Ограничения на количество влажности РАО в 3 %, допускаемые к размещению в ППЗРО, приводит в ряде случаев к наличию достаточно большого объема воды внутри хранилища. Например, при объеме отходов в бетонном отсеке равном 106 дм3 (1 м3) , количество влаги будет равно 30 тыс. литров. С другой стороны, высушивание каждой партии ТРО до более низких значений влажности, не всегда является целесообразным с практической и экономической точек зрения. Хорошие результаты можно получить, используя предварительную обработку ТРО: сжигание, прессование, цементирование с последующей упаковкой ТРО в контейнеры.
Существенным отличием отходов ХТРО от обычных отходов является их радиоактивность, которая может приводить к химическим изменениям некоторых материалов под действием ионизирующего излучения. Это явление, известное как радиолиз или радиолитическое разложение, происходит с водой и такими материалами, как пластмасса или резина. При этом образуются новые химические соединения и газы. Например, при воздействии альфаизлучения на пластмассовые изделия (поливинилхлорид) могут образовываться: бензин (токсичен, химически активен), ацетон (возгораем), хлористый водород (коррозионно активен), водород (возгораем), винилхлорид (токсичен) и др. При воздействии альфаизлучения на резиновые изделия могут образовываться ацетон, хлористый водород, водород и др.
Радиолитическое разложение может явиться одним из источников возникновения пожаров и/или взрывов при хранении высоко-
159
активных ТРО. Нарушения нормальной эксплуатации, связанные с радиолизом, имели место в США при хранении ТРО высокой активности [16].
Как уже отмечалось в предыдущей главе, наличие в составе РАО пирита может при определенных условиях приводить к развитию бактерий и образованию газообразных соединений.
При хранении РАО в ПЗРО с течением времени условия хранения могут изменяться. При этом могут создаваться условия для
возможного возникновения СЦР с выбросом радиоактивных ве-
ществ на поверхность земли. В [30] на примере захоронения твердых НАО в подземном хранилище в штате Юта (США) проведена оценка критичности и последствий возникновения подземного СЦР в виде уровня доз на 1 м выше поверхности земли.
Авторы [30], при анализе сценария развития СЦР в подземном хранилище ТРО, предполагали, что со временем происходит изменения концентрации РАО и, соответственно урана-235 в составе РАО за счет миграции радионуклидов.
Таблица 6.1 Поглощенная доза в зависимости от места возникновения СЦР
(на высоте 1 м)
Концентрация урана в |
Расстояние от |
Нейтронная |
Доза гамма- |
РАО, при котором |
места возникно- |
радиация, рад |
излучения, рад |
возникла СЦР, г/л |
вения СЦР, м |
|
|
6,3 |
0 |
34,4 |
21,7 |
2,15 |
0 |
98,6 |
58,8 |
6,3 |
90 |
0,045 |
0,012 |
2,15 |
90 |
0,131 |
0,034 |
Предполагалось, что СЦР происходит при следующих условиях:
–при минимальной концентрации урана 2,15 г/л в системе в виде плоского объема толщиной 250 см и воды 44,4 г/л;
–при максимальной концентрации урана 6,3 г/л в плоском объеме толщиной 94 см и воды 17,1 г/л.
Авария развивается в виде медленного введения малой реактивности, затем кипения воды и установление постоянного уровня мощности. Рассчитано, что количество воды, необходимое для по-
гашения СЦР в первом случае составляет 28 тыс. л. и во втором – 41 тыс.л. Учитывая, что для испарения 1 л воды необходимо 1017
160