Радиоактивные отходы стали крайне острой проблемой нашего времени. Если на заре развития энергетики мало кто думал о необходимости хранения отработанного материала, то сейчас эта задача стала крайне актуальной. Итак, почему же все так забеспокоились?
Радиоактивность
Это явление было открыто в связи с изучением связи люминесценции и рентгена. В конце XIX века в ходе серии экспериментов с соединениями урана французский физик А. Беккерель обнаружил до этого неизвестный проходящий через непрозрачные предметы. Он поделился своим открытием с супругами Кюри, которые занялись его изучением вплотную. Именно всемирно известные Мари и Пьер обнаружили, что свойством обладают все соединения урана, как и он сам в чистом виде, а также торий, полоний и радий. Их вклад был поистине неоценимым.
Уже позднее стало известно, что все химические элементы, начиная с висмута, в том или ином виде радиоактивны. Ученые задумались и о том, как можно использовать процесс ядерного распада для получения энергии, и смогли инициировать и воспроизвести его искусственно. А для измерения уровня излучения был изобретен дозиметр радиации.
Применение
Помимо энергетики радиоактивность получила широкое применение и в других отраслях: медицине, промышленности, научных исследованиях и сельском хозяйстве. При помощи этого свойства научились останавливать распространение раковых клеток, ставить более точные диагнозы, узнавать возраст археологических ценностей, следить за преобразованием веществ в различных процессах и т. д. Список возможных применений радиоактивности постоянно расширяется, так что даже удивительно, что вопрос утилизации отработанных материалов стал таким острым лишь в последние десятилетия. А ведь это не просто мусор, который можно легко выбросить на свалку.
Радиоактивные отходы
Все материалы имеют свой срок службы. Это не исключение и для элементов, используемых в атомной энергетике. На выходе получаются отходы, все еще обладающие излучением, но уже не имеющие практической ценности. Как правило, отдельно рассматривается использованное которое может быть переработано или применено в других сферах. В данном же случае речь идет просто про радиоактивные отходы (РАО), дальнейшее применение которых не предусматривается, поэтому от них необходимо избавляться.
Источники и формы
В связи с разнообразием вариантов использования отходы также могут иметь разное происхождение и состояние. Они бывают как твердыми, так и жидкими или газообразными. Источники могут быть тоже самыми различными, поскольку в том или ином виде подобные отходы часто возникают при добыче и обработке полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, также существуют такие категории, как медицинские и промышленные РАО. Есть и природные источники. Условно все эти радиоактивные отходы подразделяются на низко-, средне- и высокоактивные. В США также выделяют категорию трансурановых РАО.
Варианты
Довольно долгое время считалось, что захоронение радиоактивных отходов не требует специальных правил, было достаточно лишь рассеять их в окружающей среде. Однако позже было обнаружено, что изотопы имеют свойство накапливаться в определенных системах, например, тканях животных. Это открытие изменило мнение по поводу РАО, поскольку в этом случае вероятность их перемещения и попадания в человеческий организм с пищей становилась достаточно высокой. Поэтому было принято решение разработать некоторые варианты того, как нужно поступать с отходами этого типа, особенно это касается категории высокоактивных.
Современные технологии позволяют максимально нейтрализовать опасность, исходящую от РАО, путем их обработки различными способами либо помещения в безопасное для человека пространство.
- Витрификация. По-другому эта технология называется остеклованием. При этом РАО проходят несколько стадий обработки, в результате которых получается достаточно инертная масса, помещаемая в специальные контейнеры. Далее эти емкости отправляют в хранилище.
- Синрок. Это еще один метод нейтрализации РАО, разработанный в Австралии. В данном случае в реакции используется специальное сложное соединение.
- Захоронение. На данном этапе ведется поиск подходящих мест в земной коре, куда можно было бы поместить радиоактивные отходы. Наиболее перспективным представляется проект, согласно которому отработанный материал возвращается в
- Трансмутация. Уже разрабатываются реакторы, способные превратить высокоактивные РАО в менее опасные вещества. Одновременно с нейтрализацией отхода они способны вырабатывать энергию, так что технологии этого направления считаются крайне перспективными.
- Удаление в космическое пространство. Несмотря на привлекательность этой идеи, она имеет массу недостатков. Во-первых, этот способ довольно затратный. Во-вторых, есть риск аварии ракеты-носителя, которая может стать катастрофой. Наконец, засорение космического пространства подобными отходами через некоторое время может обернуться большими проблемами.
Правила утилизации и хранения
В России обращение с радиоактивными отходами регламентируется прежде всего федеральным законом и комментариями к нему, а также некоторыми связанными документами, например, Водным кодексом. Согласно ФЗ все РАО должны быть захоронены в максимально изолированных местах, при этом не допускается загрязнение водных объектов, отправка в космос также запрещена.
Для каждой категории существует свой регламент, кроме того, четко определены критерии отнесения отходов к тому или иному виду и все необходимые процедуры. Тем не менее, у России есть масса проблем в этой области. Во-первых, захоронение радиоактивных отходов может очень скоро стать нетривиальной задачей, ведь в стране не так уж много специально оборудованных хранилищ, и довольно скоро они будут заполнены. Во-вторых, не существует единой системы управления процессом утилизации, что серьезно затрудняет контроль.
Международные проекты
С учетом того, что хранение радиоактивных отходов стало наиболее актуальным после прекращения многие страны предпочитают сотрудничать в этом вопросе. К сожалению, единого мнения в данной области достичь пока не удалось, но обсуждение различных программ в ООН продолжается. Наиболее перспективными кажутся проекты построить большое международное хранилище радиоактивных отходов на малозаселенных территориях, как правило, речь идет о России или Австралии. Однако граждане последней активно протестуют против этой инициативы.
Последствия облучения
Практически сразу после открытия явления радиоактивности стало ясно, что оно негативно воздействует на здоровье и жизнь человека и других живых организмов. Исследования, которые супруги Кюри вели на протяжении нескольких десятков лет, в итоге привели к тяжелой форме лучевой болезни у Марии, хотя она дожила до 66 лет.
Этот недуг является основным последствием воздействия радиации на человека. Проявление этой болезни и ее тяжесть в основном зависят от общей полученной дозы излучения. Они могут быть как довольно легкими, так и стать причиной генетических изменений и мутаций, влияя таким образом на следующие поколения. Одной из первых страдает функция кроветворения, зачастую у пациентов наблюдаются те или иные формы рака. При этом в большинстве случае лечение оказывается достаточно неэффективным и заключается лишь в соблюдении асептического режима и устранении симптомов.
Профилактика
Предотвратить состояние, связанное с воздействием радиации, довольно несложно - достаточно не попадать в зоны с ее повышенным фоном. К сожалению, это не всегда возможно, ведь многие современные технологии задействуют активные элементы в том или ином виде. Кроме того, далеко не все носят с собой портативный дозиметр радиации, чтобы знать, что они попали в местность, длительное нахождение в которой может причинить вред. Тем не менее, существуют определенные меры профилактики и защиты от опасного излучения, хотя их не так уж много.
Во-первых, это экранирование. С этим сталкивались почти все, пришедшие на рентген определенной части тела. Если речь идет о шейном отделе позвоночника или черепе, врач предлагает надеть специальный фартук, в который вшиты элементы свинца, который не пропускает радиацию. Во-вторых, поддержать сопротивляемость организма можно, принимая витамины С, В 6 и Р. Наконец, существуют специальные препараты - радиопротекторы. Во многих случаях они оказываются очень эффективными.
Как хоронят ядерные отходы? Да элементарно, просто берут и хоронят. Единственное, что оркестра и венков «От коллег» не хватает, а так, принцип тот же самый. В скале взрывается большая яма, туда складывают бочки с РАО и заливают все это хозяйство бетоном. Ну, это если в двух словах. А если поподробней, то сам технологический процесс захоронения выглядит несколько сложней. Но обо всем по порядку.
Место событий
Волею судеб, я оказался на Уральском Электрохимическом комбинате. Если кто не в курсе, то скажу, что это крупнейшее в мире производство по получению обогащенного урана (40% мирового производства), из которого можно потом сделать топливо для АЭС, а если Родина прикажет, то и атомную бомбу (ну, это к слову). И как всякое производство, без отходов, увы, ему не обойтись. И ладно бы, производил он трактора или телевизоры, а то ведь делает он уран, и отходы соответственно - радиоактивные. На свалку их не выкинуть и в переработку не отправить. Выход один - захоронить, т.е. превратить их в «неизвлекаемую форму».
Для справки: ОАО «УЭХК» (г. Новоуральск) - крупнейшее в мире предприятие по обогащению урана. Первое в стране предприятие по разделению изотопов урана и переработке высокообогащённого урана в низкообогащённый. Входит в состав Топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом».
Уютно расположился в горной долине на Среднем Урале. Основан в 1946 г.
Суть вопроса
Что же из себя представляют эти самые РАО? Это фильтры, всякие муфты, прокладки, шланги и даже спецодежда, которые подверглись α-облучению. Уран - штука дорогая, так что в отходы его не отправляют, если где в этих штуках затерялся хоть миллиграмм вещества, его найдут, выковыряют и вернут обратно в технологическую цепочку. А то, что осталось, отправляют на утилизацию.
Основная опасность РАО - это радиация. Радиация тоже бывает разной, есть альфа-излучение, есть бета, есть гамма. Альфа-излучение, если можно так сказать, самое «безобидное». По своей сути, это просто атомы гелия, только с положительным зарядом . Физические свойства урана таковы, что другого излучения он не производит, а для α-частиц непреодолимой преградой является даже лист бумаги. Другое дело, отработанное ядерное топливо, вот это настоящий Адъ! Люди часто путают РАО и ОЯТ, но разница между ними колоссальна. Достаточно сказать, что урановую таблетку, перед погружением в реактор можно запросто взять в руку. Если вы попробуете сделать то же самое с отработанным топливом, то сразу же лишитесь руки, а потом еще и умрете, наверное.
Собственно, само топливо для АЭС выглядит вот так. Да-да, это и есть уран (фото vladimir_pak)
С α-излучением тоже шутки плохи. Ну ухватились вы за кусок урана - пффф... руки помыли с мылом, и всего делов-то. α-частицы неспособны даже пробить ороговевший слой вашей кожи. Но вот если радиоактивная пыль попадет вовнутрь организма, тогда беда (вспомните бедного Литвиненко). Поэтому у ядерщиков респираторы - вещь номер один. И еще деталь - в цеху бьет фонтанчик с водой. Спрашиваю - можно пить? Отвечают - нужно! Только не пить, а полоскать, пошел курить - прополоскал рот, пошел есть - дважды прополоскал!
На фото рабочий закрывает контейнер с РАО
Сам процесс.
Но вернемся к технологии утилизации. Итак, образовавшиеся отходы тщательно упаковываются в специальную тару и отправляются в цех утилизации. Там их ждет две судьбы - или прессование или сжигание. Прессованию подвергаются, в - основном, фильтры. Конечно, саму процедуру нам не показали, потому как… напряг с отходами. Если в 2010 году комбинат выдавил и себя 560 кубометров отходов, то в 2011 всего 500, а в этом и того меньше - планируют 465 кубов. Прессуют их не каждый день, а сжигают еще реже. Если быть точнее, то печь включают всего два раза в год. Сама печь представляет собой довольно громоздкое сооружение высотой 12.5 м.
Вот она. Ничего грандиозного. Сепаратор для производства йогуртов и то круче выглядит.
В топку идет все резиновое, пластиковое и текстильное. В результате горения (как мы знаем) образуются дым и зола. Так вот дым, пройдя ПЯТЬ ступеней очистки, уходит в атмосферу, и при этом, он неизмеримо чище, чем то, что идет из трубы вашей баньки на даче, а вот зола собирается и упаковывается в специальные 200-литровые бочки. Каждая такая бочка стоит 1000 рублей, и вообще не ржавеет. После того, как бочка заполнилась, ее ставят на специальный вращающийся постамент и начинают замерять ее радиоактивность с помощью масс-спектрометра. Крутится на стенде она примерно 30 минут, после чего на емкость составляется паспорт, где чуть ли не поатомно записано какой именно фигни, с каким излучением и в каком количестве там находится.
Ну вот, собственно сама бочка и масс-спектрометр Trans Spec.
Дальше ее везут на ППЗР - приповерхностный пункт захоронения радиоактивных отходов. ППЗР, как я уже писал выше, представляет собой небольшой котлован в скале, глубиной 7 метров. Бочки по 4 штуки помещаются в специальные бетонные контейнеры с толщиной стенки 10 см. Контейнеры загружаются в котлован, и их заливают особопрочным бетоном. Изначально проектировщики думали, что такие «кладбища» безбедно просуществуют лет 300. Однако, обследовав самый первые захоронения, которым уже по шестьдесят лет, они пришли к выводам, что беспокойство об их состоянии нужно будет проявлять через 1500 лет, не раньше.
Этот котлован не наш, а южноафриканский, но все то же самое.
Эти атомщики настоящие крохоборы. Не смотря на то, что производят сотни тон ядерного топлива, они трясутся над каждым миллиграммом и ведут учет, чуть ли не до пятого знака после запятой. Хоронить отходы для них, то же самое, что хоронить деньги. Если это выразить в цифрах, то скажу одно - то, что поступает в цех утилизации, и то, что из него выходит, различается в объемах в 100-150 раз! То есть, на входе груженый Камаз, на выходе 200-литровая бочка, на входе 200-литровая бочка, на выходе полуторолитровая бутылка.
С радиацией тоже проблемы. В ходе нашего пресс-тура чаще звучало не «давайте сфоткаемся», а «давайте замеряемся!». Бедные дозиметристы умаялись, выполняя все наши хотелки. Результаты таковы:
Фон на улице, рядом цехом - 0.07 мЗв.
Фон рядом с «печкой» - 0.14 мЗв.
Допустимая норма - 2.3 мЗв.
Наш ангел-хранитель дозиметрист
Для справки: Зиверт (Зв/Sv) биологический эффект облучения или дозы, полученной органической тканью. Зависит от природы излучения и облучаемых органов тела. Результат называется «эффективной дозой» и обычно измеряется в миллизивертах (мЗв). 70% получаемого человеком облучения приходится на солнце, воздух и продукты питания.
Про уран.
Пытливый читатель наверняка задаст вопрос: «а как же уран?». Ведь действительно, если из «обычного» урана делают «обогащенный», то куда девается «обедненный»? А девается он на склад. Собственно, само наличие нескольких сотен железных бочек перед глазами, не очень воодушевляет, однако осознав, что все это хозяйство, лежащее перед тобой, стоит больше МИЛЛИАРДА долларов, невольно хочется ко всему этому прикоснуться. Ничто так не возвеличивает железный цилиндр, как надпись «uranium hexafluoride».
Кто нибудь видел миллиард долларов в одном месте? Вот он перед вами
На этом складе и отечественный уран, и японский, и американский. Сырье на переработку везут со всего мира. Из исходного продукта выделяется изотоп урана 235, который идет на производство топлива, а отвальный уран 238 идет на склад. Отвальный уран238 не просто складируется, он запасается. Как говорят сами атомщики, эти бочки - залог безбедного существования наших внуков. Из всего этого можно извлекать практически дармовую энергию, просто технологический уровень человеческой цивилизации еще недостаточно высок, но это вопрос времени.
Ну вот и все. Мы уходим из ядерных закромов (в буквальном смысле этого слова) нашей страны.
Если кому интересно, могу написать про то, как вообще этот уран обогащают.
Вернее, уже написал)
Мало кто из жителей Москвы хорошо знаком с её историей, и речь идёт не только о знаменитых соборах, памятниках архитектуры и искусства, но и о более поздних научных объектах Советского периода. Это не удивительно, ведь большинство проектов в то время были засекречены, знали о них лишь верхушки военного руководства да немногие учёные. Между тем наследие того времени, не всегда безопасное, становится объектом скандалов и несчастных случаев и в наши дни.
Так, например, слышали ли Вы, что в Москве, где сейчас живет более 15 миллионов человек, есть огромное количество радиоактивных отходов . Это наследие первых лет гонки ядерных вооружений советского периода. Безусловно, такую информацию активно не афишируют и сейчас, ведь это может вызывать панику у людей, поэтому заботиться о своём здоровье и безопасности, к сожалению, нужно самому. Работы на территории бывшего СССР по поиску радиоактивных отходов активнее ведутся не только вблизи плутониевых реакторов в Западной Сибири и на Урале, на полигоне в Казахстане, где была взорвана первая советская атомная бомба (1949 год), но и в жилых кварталах Москвы! Рядом с школами, детскими садами, вокзалами и заводами, дорогами и мостами. Это плата, которую приходится вносить нашему поколению, за успехи СССР в овладении тайнами атома. Перед любой страной, которая имеет ядерную программу, стоит очень трудная задача по утилизации отходов и побочных продуктов этой деятельности, но в Советском союзе ядерные разработки начались в самом сердце столицы, в густонаселенном городе. Впрочем, в сталинские времена мало кто думал о безопасности будущих поколений, да и научных данных о влиянии радиации на человека не было.
В России даже была создана специальная государственная структура, занимающаяся поиском и ликвидацией подобных неизвестных источников радиации — «Радон». За год выявляется более 50 случаев обнаружения захоронений радиоактивных веществ, что, казалось бы, немного для многомиллионного города. Но, как говорится, гибель одного человека — трагедия, гибель миллионов — статистика. Кто вернет к жизни людей, проживших рядом с источником радиации десятки лет и умерших от злокачественных опухолей, утешит матерей, родивших детей с мутациями? И кто знает, может такой радиоактивный могильник есть рядом с вашим домом , только его пока ещё не нашли?
Винить во всем советских ученых, конечно, нельзя. Работа тогда велась в обстановке тоталитарной секретности, люди не вполне понимали всю опасность радиации, создавалась целая сеть институтов и заводов, работавших на оборонную промышленность. Что делать с отходами, тогда не думали, их просто закапывали на пустырях в обстановке строжайшей секретности (вдруг враг узнает о передовых достижениях советской физики?!). В наши дни на этих пустырях возводятся элитные жилые комплексы, многоквартирные дома. Учитывая стоимость квадратного метра земли в Москве, маловероятно, что радиоактивный участок законсервируют, как непригодный для жизни. Скорее, результаты экспертиз скроют, должностные лица получат взятки, и об опасности все забудут. Это жестокие реалии нашего времени!
В наши дни в Москве уже было найдено более 1200 источников радиации , и развитие города только усугубляет ситуацию. Радиоактивные материалы складировали в лабораториях и на заводах, значительная часть вывозилась в леса, которые тогда находились за чертой города. Москва растет, захватывая новые пригороды, и незаконные радиоактивные свалки оказывают во дворах и рядом с объектами инфраструктуры новостроек.
Эксплуатация первых региональных хранилищ радиации в России началась только в 1961 году, в это время ядерная история державы насчитывала больше 20 лет. Чернобыльская авария 1986 года только добавила проблем, ведь тогда стихийно выпавшие осадки сделали радиоактивными огромные территории по всей стране. Предметы, вывезенные беженцами с зараженной площади, не были уничтожены, как того требовала инструкция. Многое из этого было просто разграблено, и радиоактивные украшения, мебель, предметы старины оказались в квартирах москвичей и других жителей Советского союза.
По оценкам специалистов www.сайт, Москва относится к самым опасным в радиационном отношении городам России. В настоящее время на её территории действует более 11 исследовательских ядерных реакторов, более 2000 организаций, использующих до 150 тысяч источников ионизирующего излучения, среди которых у 124 тысяч истек срок эксплуатации. Ежегодно в городе дополнительно выявляется до 80 источников ионизирующего излучения, которые требуют проведения серьезных дезактивационных работ профессионалами.
Не так давно заброшенный радиоактивный могильник был обнаружен на бульваре Маршала Рокоссовского («Зеленая горка»). Было найдено свыше 20 очагов сильнейшего загрязнения с гамма-излучением мощностью до 3 тысяч микрорентген в час. Это превышает ному в 150 раз! Могильник был найден ещё в 1988 году, а в 2008 году на этом месте планировалось строительство жилого дома, и только бурные протесты экологов и шумиха в прессе не дали кощунственному плану осуществиться. Инвесторы посчитали, что мало кто захочет жить в доме, построенном на свалке радиоактивных отходов, о которой всем известно, и свернули проект.
В 2004 году в районе станции Строгино было также выявлено несколько участков сильнейшего радиоактивного загрязнения. Было установлено, что ранее на этих площадках складировались и хранились загрязненные трубы, поэтому радиация перешла в почву. Были проведены дезактивационные работы, в результате которых зараженный грунт был вывезен за пределы города, а радиоактивный фон приведен в норму. Но кто даст гарантию, что дома, которые были через два года построены на этом участке, безвредны для здоровья жильцов? Специальных исследований на эту тему не проводилось, а по данным учёных небольшие дозы радиации, действующие в течение длительного периода времени, приводят к серьезным нарушениям в ДНК человека, и отразятся на наших детях и внуках.
Если посмотреть на карту Москвы, то можно увидеть, что опасные находки делаются по всему городу: от окрестностей Кремля, станций метро до окраинных жилых кварталов. Так как же защитить себя и свою семью от радиоактивного прошлого столицы? Для этого желательно . Этот небольшой прибор сможет вовремя предупредить Вас об опасном источнике заражения. Ни в коем случае нельзя покупать квартиру в новостройке или на вторичном рынке, не исследовав радиационный фон местности. Пользоваться радиометром очень просто: необходимо нажать всего одну кнопку, и он покажет превышение реальных показателей над естественным радиационным фоном. Позаботьтесь о безопасности своего жилища сами, потому что за Вас никто этого не сделает.
Карта радиоактивного загрязнения Москвы. Красным обозначены участки с очень сильным уровнем радиации, зеленым — с умеренным.
Ю. В. Дублянский
Я расскажу в этой статье о проблеме радиоактивных отходов - скорее, о ее глобальном аспекте, чем о конкретных региональных проблемах. Я буду здесь опираться в основном на американские примеры. Пусть это вас не смущает: во многих аспектах этой проблемы США и Россия весьма схожи, иногда как две стороны одной медали, а иногда - как зеркальные отражения.
Откуда берутся радиоактивные отходы и куда их девать?
Основные источники радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности - атомная энергетика (отработанное ядерное топливо ) и военные программы (плутоний ядерных боеголовок, отработанное топливо транспортных реакторов атомных подводных лодок, жидкие отходы радиохимических комбинатов и др .). Количество РАО, накопленных при производстве ядерного оружия, на порядок (то есть не менее чем в 10 раз) выше отходов ядерной энергетики. Если даже военные программы сократятся, то отходы «мирной» энергетики намного вырастут, поскольку ядерная энергия - один из двух важнейших в обозримом будущем источников энергии, наряду с сожжением углеводородных топлив, производящих опасный для теплового равновесия Земли «парниковый эффект». Предполагается, что к 2000 году в мире будет накоплено около 200 тысяч тонн РАО, из них около 2 тысяч тонн плутония
Возникает вопрос: следует ли рассматривать РАО просто как отходы или как потенциальный источник энергии? От ответа на этот вопрос зависит, хотим ли мы их хранить (в доступном виде) или захоранивать (т. е. делать недоступными). Общепринятый ответ в настоящее время состоит в том, что РАО - это действительно отходы, за исключением, может быть, плутония. Плутоний теоретически может служить источником энергии, хотя технология получения энергии из него сложна и довольно опасна. Многие страны, в том числе Россия и США, находятся теперь на распутье: «запускать» плутониевую технологию, используя плутоний, высвобождаемый при разоружении , или захоранивать этот плутоний? Недавно правительство России и Минатом объявили, что они хотят перерабатывать оружейный плутоний совместно с США; это означает возможность развития плутониевой энергетики. Мы не будем заниматься здесь энергетическим использованием РАО, а только проблемой их захоронения.
Избавление от РАО . В течение 40 лет ученье сравнивали варианты избавления от РАО. Главная идея - их надо поместить в такое место, чтобы они не могли попасть в окружающую среду и нанести вред человеку. Эту способность вредить РАО сохраняют в течение десятков и сотен тысяч лет. Облученное ядерное топливо , которое мы извлекаем из реактора, содержит радиоизотопы с периодами полураспада от нескольких часов до миллиона лет (период полураспада - это время, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое, причем в ряде случаев возникают новые радиоактивные вещества). Но общая радиоактивность отходов значительно снижается со временем. Для радия период полураспада составляет 1620 лет, и нетрудно подсчитать, что через 10 тысяч лет останется около 1/50 первоначального количества радия. Нормативы большинства стран предусматривают обеспечение безопасности отходов на срок 10 тысяч лет. Конечно, это не значит, что по истечении этого времени РАО более не будут опасны: мы попросту перелагаем дальнейшую ответственность за РАО на отдаленное потомство. Для этого надо, чтобы места и форма захоронения этих отходов были известны потомству. Заметим, что вся письменная история человечества меньше 10 тысяч лет. Задачи, возникающие при захоронении РАО, беспрецедентны в истории техники: люди никогда не ставили себе таких долговременных целей.
Интересный аспект проблемы состоит в том, что надо не только защищать человека от отходов, но одновременно защищать отходы от человека. За срок, отводимый на их захоронение, сменятся многие социально-экономические формации. Нельзя исключить, что в определенной ситуации РАО могут стать желанным объектом для террористов, мишенями для удара при военном конфликте и т.п. Понятно, что, рассуждая о тысячелетиях, мы не можем полагаться, скажем, на правительственный контроль и охрану - невозможно предвидеть, какие изменения могут произойти. Может быть, лучше всего сделать отходы физически недоступными для человека, хотя, с другой стороны, это затруднило бы нашим потомкам дальнейшие меры безопасности.
Понятно, что ни одно техническое решение, ни один искусственный материал не может «работать» в течение тысячелетий. Очевидный вывод: изолировать отходы должна сама природная среда. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках ; отправлять их в космос ; закладывать их в глубокие слои земной коры . В настоящее время общепринято, что оптимальный путь - захоронение отходов в глубоких геологических формациях.
Форма отходов. Понятно, что РАО в твердой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твердую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России все еще практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград).
В настоящее время принята так называемая «многобарьерная » или «глубоко эшелонированная » концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.
Сколько это стоит? Ответа на этот вопрос нет, как видно из следующего примера. В 1980 году общая стоимость проекта захоронения РАО Соединенных Штатов оценивалась в 6 миллиардов долларов, а срок ввода в эксплуатацию этого проекта устанавливался в 1997 году. К 1995 году США истратили на него уже более 5 миллиардов долларов, необходимые дальнейшие затраты оценивались в 20 миллиардов долларов, а срок ввода в эксплуатацию отодвинулся до 2010 года. При этом руководство Департамента энергии США признало, что шансы получить лицензию на строительство захоронения не превышают 50%. Последние оценки стоимости проекта возросли до 53 миллиардов долларов.
Сколько стоит вывод из эксплуатации атомной станции? По разным оценкам и для разных станций, эти оценки колеблются от 40 до 100% капитальных затрат на строительство станции. Эти цифры теоретические, поскольку до сих пор станции полностью из эксплуатации не выводились: волна выводов должна начаться после 2010 года, так как срок жизни станций составляет 30-40 лет, а основное строительство их происходило в 70-80-х годах. То, что мы не знаем стоимости вывода реакторов из эксплуатации, означает, что эта «скрытая стоимость» не учитывается в стоимости электроэнергии, производимой атомными станциями. Это одна из причин кажущейся «дешевизны» атомной энергии.
Проблемы захоронения
Итак, мы попытаемся захоранивать РАО в глубокие геологические фракции. При этом нам поставлено условие: показать, что наше захоронение будет работать, как мы это планируем, на протяжении 10 тысяч лет. Посмотрим теперь, какие проблемы мы встретим на этом пути.
Первые проблемы встречаются на этапе выбора участков для изучения. В США, например, ни один штат не хочет, чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. Это привело к тому, что усилиями политиков многие потенциально подходящие площади были вычеркнуты из списка, причем не на основании ночного подхода, а вследствие политических игр.
Как это выглядит в России? В настоящее время в России все еще можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предлагать при этом размещать захоронение вблизи городов!). Полагаю, что по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США. Я легко могу себе представить, что, скажем, губернатор Красноярского края Лебедь в какой-то момент скажет: «В моем крае захоронения не будет!» Уже сейчас ощущается склонность Минатома переместить свою активность на военные объекты, над которыми практически нет контроля: например, для создания захоронения предполагается архипелаг Новая Земля (российский полигон № 1), хотя по геологическим параметрам это далеко не лучшее место, о чем еще будет речь дальше.
Но предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо ее изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет. Тут появляется новая проблема.
Неразработанность метода. Геология - описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда еще перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надежный прогноз на такие сроки.
Представим все же, что нам удалось выработать разумный план изучения площадки. Понятно, что для осуществления этого плана понадобится много лет: например, гора Яка в штате Невада изучается уже более 15 лет, но заключение о пригодности или непригодности этой горы будет сделано не ранее чем через 5 лет. При этом программа захоронения будет испытывать все возрастающее давление.
Давление внешних обстоятельств. В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п. Пример - военный объект Хэнфорд (аналог нашего «Маяка»), где находится несколько сот гигантских баков с жидкими отходами, причем для многих из них не известно, что находится внутри. Одна проба стоит 1 миллион долларов! Там же, в Хэнфорде, примерно раз в месяц обнаруживаются закопанные и «забытые» бочки или ящики с отходами.
В целом за годы развития ядерных технологий отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя «по старости» или даже за этой гранью. В 1987 году правительство США заключило договор с компаниями, владеющими атомными электростанциями, обязавшись с 31 января 1998 года принимать на захоронение их отходы. Сейчас компании начинают судиться с министерством энергетики США.
Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится все более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО. Но у людей, прижатых к стенке, не обязательно возникают лучшие технические решения, и возрастает вероятность ошибок. Между тем в решениях, связанных с ядерной технологией, ошибки могут очень дорого стоить.
Предположим, наконец, что мы истратили 10-20 миллиардов долларов и 15-20 лет на изучение потенциальной площадки. Пришло время принимать решение. Очевидно, идеальных мест на Земле не существует, и любое место будет иметь с точки зрения захоронения положительные и отрицательные свойства. Очевидно, придется решить, перевешивают ли положительные свойства отрицательные и обеспечивают ли эти положительные свойства достаточную безопасность.
Принятие решений и технологическая сложность проблемы. Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие (как говорят в Америке, «интерфейс») между наукой и политиками, принимающими решения. Я знаю по собственному опыту, как трудно этого достигнуть. Вот простой пример: за время изучения потенциальной площадки США - горы Яка - было опубликовано более тысячи отчетов, то есть сотни тысяч страниц текстов, графиков и числовых данных. Каковы шансы, что сенаторы из комиссии, принимающей решения, прочтут сколько-нибудь значительную часть этих текстов? Информацию для них будут готовить референты (хорошо, если ученые), и важно, чтобы при этом «сжатии» информации не пострадала ее значимая часть.
Радиоактивные отходы в США
Посмотрим, как подходят к проблеме захоронения своих отходов в США. К этой стране во всем мире относятся как к образцу, и я по своему опыту знаю, что за американским проектом захоронения внимательно следят другие ядерные страны, чтобы корректировать свою политику в этой области.
Предыстория. В США политика в области обращения с атомными отходами была сформулирована в 1982 году, в правление президента Рейгана, когда был принят Акт о политике в области обращения с атомными отходами (Nuclear Waste Policy Act). Вот наиболее важные положения этого акта:
(1) предусматривается геологическое захоронение высокоактивных отходов без переработки;
(2) ответственность за выбор места, строительство и эксплуатацию захоронения возложена на министерство энергетики (аналог нашего Минатома);
(3) создается Фонд ядерных отходов, через который финансируются все работы в области захоронения;
(4) все предприятия ядерно-энергетического комплекса отчисляют в фонд специальный налог;
(5) захоронение военных отходов оплачивается Федеральным правительством.
После принятия Акта 1982 года было предложено для изучения девять площадок в шести штатах. К маю 1986 года для дальнейшего изучения было рекомендовано три из них: Deaf Smith County, Texas; Hanford, Washington; Yucca Mountain, Nevada. В 1987 году Конгресс принял поправку к акту, где было указано, что только гора Яка (Yucca) будет рассматриваться как место-кандидат. Зная то, что мы знаем сегодня, можно сказать, что отказ от запасных вариантов был огромной стратегической ошибкой.
Еще один возможный пункт этого документа гласит, что с 1997 года вся ответственность за радиоактивные отходы коммерческих (гражданских) атомных станций переходит к Федеральному правительству США. Так родился проект Яка Маунтин.
Расписание. Изучение площадки будет продолжаться до 2001 года. При этом до окончания срока, отпущенного на изучение, готовятся и публикуются следующие документы: в 1998 году - «Оценка пригодности» (предварительная информация о пригодности или непригодности); в 1999-м - черновик «Влияния на окружающую среду», и в 2000-м - окончательный вариант «Влияния на окружающую среду».
С 2002 по 2004 годы будет проходить лицензирование. Оно будет проводиться как «суд», где будут присяжные (три эксперта, ответственных за лицензирование), «подсудимый» - гора Яка, «адвокат» - министерство энергетики, и «обвинитель», которым может быть кто угодно, даже
частное лицо. Важный момент состоит в том, что в процессе лицензирования эксперты будут давать показания под присягой. Закон гласит, что если при этом кто-нибудь солжет, и это будет обнаружено, то за каждый день с момента лжи до момента обнаружения виновный выплатит штраф в 10 тысяч долларов. Деньги должны быть выплачены из личных средств, и закон не имеет также срока давности.
Если площадка получит лицензию, то строительство начнется в 2005 году и окончится в 2009 году. Первый груз отходов может быть принят в 2010 году.
Структура проекта. Проект осуществляется министерство энергетики. В работах по проекту постоянно участвуют 1500-2000 человек, представляющих 6-7 крупных организаций-субподрядчиков (Геологическая служба США, Национальные атомные лаборатории Лос-Аламос, Сандия, Ливермор и др.).
Понятно, что в таком важном многомиллиардном проекте необходим надзор. Общий надзор за проектом осуществляют несколько независимых организаций, такие, как
(1) Конгресс США;
(2) Комиссия по ядерному регулированию;
(3) Правительство штата Невада;
(4) правительства округов штата Невада, на территории которых проводятся работы;
(5) Комиссия технического надзора по ядерным отходам, назначенная Национальной академией наук, и др.
Надзор за качеством научной продукции осуществляет Международная организация прикладных наук (Science Application International) - ни один отчет не выпускается в свет до получения от этого учреждения QA (quality assurance, подтверждение качества). Кроме того, ввиду возможного конфликта между интересами Федерации и штата, министерство энергетики обязано выделять средства штату Невада на проведение собственных независимых научных изысканий и надзора за работой федеральных организаций.
Как это происходит в действительности. Только что описанная впечатляющая схема - можно сказать, образец деятельности американской бюрократии - при ближайшем рассмотрении оказывается чем-то вроде «потемкинской деревни». Возможно, эта схема и сработала бы неплохо, если бы гора Яка была геологически пригодна для размещения захоронения. Но как только в этом возникли сомнения, оказалось, что механизм не работает.
Прежде всего, обнаружилось, что стандарты, которым должны следовать разработчики захоронения, еще не разработаны: над ними работает Комиссия по ядерному регулированию; то есть игра идет, а правила еще не написаны.
Оказалось, что ученые, работающие на министерство энергетики, вполне способны скрывать факты, подтасовывать данные и яростно набрасываться на любого, кто пытается опубликовать данные, представляющие опасность для их представлений о геологии горы.
Система контроля качества (на которую тратятся большие деньги) практически не работает - я не встречал худших геологических отчетов, чем те, что я получал от министерства энергетики.
В финансовом отношении министерство энергетики ведет себя вполне определенным образом. В 1995 году, как только ученые штата Невада начали получать данные, опасные для проекта, деньги, полагающиеся штату Невада, перестали перечислять, и наши работы были приостановлены на два года.
Радиоактивные отходы в России
Новая концепция Минатома: отходы - в мерзлоту. Российская концепция подземной изоляции РАО и отработанного ядерного топлива в многолетнемерзлых породах разработана в Институте промышленной технологии Минатома России (ВНИПИП). Она была одобрена Государственной экологической экспертизой Министерства экологии и природных ресурсов РФ, Минздравом РФ и Госатомнадзором РФ. Научная поддержка концепции проводится кафедрой мерзлотоведения Московского государственного университета. Следует заметить, что эта концепция уникальна. Ни в одной стране мира, насколько мне известно, вопрос о захоронении РАО в мерзлоте не рассматривается.
Основная идея такова. Помещаем тепловыделяющие отходы в мерзлоту и отделяем их от пород непроницаемым инженерным барьером. За счет тепловыделения мерзлота вокруг захоронения начинает подтаивать, но через какое-то время, когда тепловыделение снизится (вследствие распада короткоживущих изотопов), породы снова промерзнут. Поэтому достаточно обеспечить непроницаемость инженерных барьеров на то время, когда мерзлота будет протаивать; после промерзания миграция радионуклидов становится невозможной.
Неопределенность концепции . С этой концепцией связано, по меньшей мере, две серьезных проблемы.
Во-первых, концепция предполагает, что промерзшие породы непроницаемы для радионуклидов. На первый взгляд это кажется разумным: вся вода замерзшая, лед обычно неподвижен и не растворяет радионуклиды. Но если внимательно поработать с литературой, то оказывается, что многие химические элементы довольно активно мигрируют в промерзших породах. Даже при температурах - 10-12°С в породах присутствует незамерзающая, так называемая пленочная, вода. Что особенно важно, свойства радиоактивных элементов, составляющих РАО, с точки
зрения их возможной миграции в мерзлоте совершенно не изучены. Поэтому предположение о непроницаемости мерзлых пород для радионуклидов лишено всяких оснований.
Во-вторых, если даже окажется, что мерзлота действительно хороший изолятор РАО, то невозможно доказать, что сама мерзлота просуществует достаточно долго: напомним, что нормативы предусматривают захоронение на срок в 10 тысяч лет. Известно, что состояние мерзлоты определяется климатом, причем двумя наиболее важными параметрами - температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. Как вы знаете, температура воздуха повышается в связи с глобальным изменением климата. Наивысший темп потепления приходится как раз на средние и высокие широты северного полушария. Ясно, что такое потепление должно привести к протаиванию льда и сокращению мерзлоты. Как показывают расчеты, активное протаивание может начаться уже через 80-100 лет, и темп протаивания может достичь 50 метров в столетие. Таким образом, мерзлые породы Новой Земли могут полностью исчезнуть за 600-700 лет, а это всего 6-7% от времени, требуемого для изоляции отходов. Без мерзлоты карбонатные породы Новой Земли обладают весьма низкими изолирующими свойствами по отношению к радионуклидам.
Атомная энергетика
В последние годы, в связи с проблемой изменения климата и необходимостью сократить выбросы парниковых газов, предлагается решить эту проблему путем развития атомной энергетики. Как можно предвидеть, такое развитие событий вызовет большие трудности с захоронением РАО.
Межправительственная комиссия по изменению климата (Intergovernmental Penal on Climate Change, IPCC) еще в 1995 году просчитывала сценарий снижения последствий глобального потепления путем массированного развития атомной энергетики (табл. 1).
Согласно этому гипотетическому сценарию, изображенному в следующей таблице (1), доля атомной энергетики в производстве мировой электроэнергии должна была бы возрасти от 17% в настоящее время до 46% в 2100 году. Но это приведет к резкому увеличению объемов радиоактивных отходов, и проблема их захоронения встанет еще более остро.
Таблица 1.
Сценарий борьбы с глобальным потеплением путем развития атомной энергетики (IPCC, 1995)
* Оценка, исходя из срока эксплуатации реактора 40 лет;
** Прогноз на 2000 год.
