Як переробляють і де зберігають радіоактивні відходи
Знавці цінують шампанське будинку Фур'є. Його отримують з винограду, що росте на мальовничих пагорбах Шампані. Важко повірити, що менш ніж в 10 км від знаменитих виноградників знаходиться найбільше сховище радіоактивних відходів. Їх звозять з усієї Франції, доставляють з-за кордону і ховають на найближчі сотні років. Будинок Фур'є продовжує робити чудове шампанське, навколо цвітуть луги, обстановка контролюється, гарантується повна чистота і безпека на полігоні і навколо нього. Така зелена галявина - головна мета будівництва поховань радіоактивних відходів.
Що б не говорили окремі гарячі голови, можна з упевненістю стверджувати, що перетворитися у всесвітню радіоактивне звалище Росії в доступному для огляду майбутньому не загрожує. Прийнятий у 2011 році федеральний закон прямо забороняє перевезення таких відходів через кордон. Заборона діє в обидві сторони, з єдиним винятком, що стосуються повернення джерел випромінювання, які були зроблені в країні і поставлені за кордон.
Але навіть з урахуванням закону по-справжньому страшних відходів атомна енергетика виробляє небагато. Найактивніші та небезпечні радіонукліди містить відпрацьоване ядерне паливо (ВЯП): тепловиділяючі елементи і збірки, в які вони поміщаються, випромінюють навіть сильніше свіжого ядерного палива і продовжують виділяти тепло. Це не відходи, а цінний ресурс, в ньому міститься чимало урану-235 і 238, плутоній і ряд інших ізотопів, корисних для медицини і науки. Все це становить понад 95% ВЯП і з успіхом витягується на спеціалізованих підприємствах - в Росії це перш за все знамените ПО «Маяк» у Челябінській області, де зараз впроваджується третє покоління технологій переробки, що дозволяє повернути в роботу 97% ВЯП. Вже скоро виробництво, експлуатація та переробка ядерного палива замкнуться в єдиний цикл, хто не віддає практично ніяких небезпечних речовин.
Однак і без ВЯП обсяги радіоактивних відходів становитимуть тисячі тонн на рік. Адже санітарні правила вимагають відносити сюди все, що випромінює вище певного рівня або містить більше належної кількості радіонуклідів. У цю групу потрапляє майже будь-який предмет, який досить довго контактував з іонізуючим випромінюванням. Деталі кранів і машин, що працювали з рудою і паливом, повітряні і водні фільтри, проводи й устаткування, порожню тару та просто спецодяг, відслужила свій термін і більше не має цінності. МАГАТЕ (Міжнародне агентство з атомної енергії) розділяє радіоактивні відходи (РАВ) на рідкі та тверді, декількох категорій, починаючи від дуже низькоактивних і закінчуючи високоактивними. І для кожної прийняті свої вимоги до обігу.
Класифікація РАО Клас 1 Клас 2 Клас 3 Клас 4 Клас 5 Клас 6 Тверді Рідкі
• матеріали
• обладнання
• вироби
• затверділі РРВ
• ВАО з високим тепловиділенням
• матеріали
• обладнання
• вироби
• грунт
• затверділі РРВ
• ОІІІ 1-й і 2-ї категорій
• ВАО з низьким виділенням тепла
• САО довгоживучі
• матеріали
• обладнання
• вироби
• затверділі РРВ
• ОІІІ 3-й категорії
• САО короткоживучі
• НАО довгоживучі
• матеріали
• обладнання
• вироби
• біологічні об'єкти
• грунт
• затверділі РРВ
• ОІІІ 4-й і 5-ї категорії
• НАО короткоживучі
• ОНАО довгоживучі
• органічні і неорганічні рідини
• пульпи
• шлами
• САО короткоживучі
• НАО довгоживучі
РАО, які утворюються при видобутку і переробки уранових руд, мінерального і органічного сировини з підвищеним вмістом природних радіонуклідів
Фінальна ізоляція в пунктах глибинного поховання з попередньою витримкою
Фінальна ізоляція в пунктах глибинного поховання з попередньою витримкою
Фінальна ізоляція в пунктах глибинного поховання на глибині до 100 м
Фінальна ізоляція в пунктах приповерхневого захоронення на рівні землі
Фінальна ізоляція в існуючих пунктах глибинного поховання
Фінальна ізоляція в пунктах приповерхневого захоронення
Холодно: переробка
Найбільші екологічні помилки, пов'язані з атомною промисловістю, були зроблені в перші роки існування галузі. Ще не уявляючи всіх наслідків, наддержави середини ХХ століття поспішали випередити конкурентів, повніше опанувати силою атома і поводження з відходами не приділяли особливої уваги. Однак результати такої політики стали очевидні досить скоро, і вже в 1957 році в СРСР прийняли постанову «Про заходи щодо забезпечення безпеки під час робіт з радіоактивними речовинами», а рік по тому відкрилися перші підприємства по їх переробці і зберіганню.
Частина з підприємств діє до сих пір, вже в структурах Росатома, і одне зберігає своє старе «серійне» назву - «Радон». Півтора десятка підприємств передано в управління спеціалізованої компанії РосРАО. Разом з ВО «Маяк», Гірничо-хімічним комбінатом і іншими підприємствами Росатома вони ліцензовані для поводження з радіоактивними відходами різних категорій. Втім, до їх послуг вдаються не тільки атомники: радіоактивні речовини застосовуються для самих різних завдань, від лікування раку і біохімічних досліджень до виробництва радіоізотопних термоелектричних генераторів (РІТЕГ). І всі вони, відпрацювавши своє, перетворюються у відходи.
Більшість з них низькоактивних - і звичайно, з часом, у міру розпаду короткоживучих ізотопів стають все безпечніше. Такі відходи зазвичай відправляються на підготовлені полігони для зберігання протягом десятків або сотень років. Попередньо їх переробляють: то, що може горіти, спалюють в печах, очищаючи дим складною системою фільтрів. Золу, порошки та інші пухкі компоненти цементують або заливають розплавленим боросилікатного скла. Рідкі відходи помірних обсягів фільтрують і концентрують упариванием, витягуючи з них радіонукліди сорбентами. Тверді мнуть в пресах. Всі поміщають в 100 або 200-літрові бочки і знову пресують, поміщають в контейнери і ще раз цементують. «Тут все дуже строго, - розповів нам заступник генерального директора РусРАО Сергій Миколайович Брикін. - У поводженні з РАВ заборонено все, що не дозволено ліцензіями ».
Для перевезення і зберігання РАВ використовуються спеціальні контейнери: в залежності від активності та виду випромінювання вони можуть бути залізобетонні, сталеві, свинцеві або навіть зі збагаченого бором поліетилену. Обробку і упаковку намагаються виробляти на місці за допомогою мобільних комплексів, щоб знизити труднощі і ризики транспортування, частково за допомогою роботизованої техніки. Маршрути перевезення заздалегідь продумують і погоджують. Кожен контейнер має власний ідентифікатор, і доля їх простежується до самого кінця.
Центр кондиціонування і зберігання РАВ в губі Андрєєва на березі Баренцева моря працює на місці колишньої технічної бази Північного флоту.
Найтепліше: зберігання
РІТЕГ, про які ми згадували вище, сьогодні на Землі майже не застосовуються. Колись вони забезпечували харчуванням автоматичні пункти моніторингу та навігації в далеких і важкодоступних точках. Однак численні інциденти з витоками радіоактивних ізотопів у навколишнє середовище і банальним злодійством цветмета змусили відмовитися від їх використання де-небудь крім космічних апаратів. В СРСР встигли зробити і зібрати більше тисячі РІТЕГ, які демонтовані і продовжують утилізуватися.
Ще більшу проблему представляє спадщина холодної війни: за десятиліття одних тільки атомних підводних човнів було побудовано майже 270, а сьогодні в строю залишається менше півсотні, інші утилізовані або очікують цієї складної і дорогої процедури. При цьому вивантажують відпрацьоване паливо, а реакторний відсік і два сусідніх вирізують. З них демонтують обладнання, додатково герметизують і залишають зберігатися на плаву. Так робилося роками, і до початку 2000-х в російському Заполяр'ї і на Далекому Сході іржавіло близько 180 радіоактивних «поплавців». Проблема стояла так гостро, що обговорювалася на зустрічі лідерів країн «Великої вісімки», які домовилися про міжнародне співробітництво в прибиранні узбережжя.
«Ітарус» Док-понтон для виконання операцій з блоками реакторних відсіків (85 х 31,2 х 29 м). Вантажопідйомність: 3500 т; осаду при буксируванні: 7,7 м; швидкість при буксируванні: до 6 вузлів (11 км / ч); термін служби: не менше 50 років. Будівельник: Fincantieri. Оператор: Росатом. Місце: Сайда Губа в Кольському затоці, розрахована на зберігання 120 реакторних відсіків.
Сьогодні блоки піднімають з води і очищають, реакторні відсіки вирізують, на них наносять антикорозійне покриття. Оброблені упаковки встановлюються для тривалого безпечного зберігання на підготовлених бетонованих майданчиках. На недавно заробив комплексі в Сайда Губі в Мурманської області для цього навіть знесли сопку, скельну підставу якої дало надійну опору для сховища, розрахованого на 120 відсіків. Збудовані в ряд, густо пофарбовані реактори нагадують акуратну заводську майданчик або склад промислового обладнання, за яким стежить уважний господар.
Такий результат ліквідації небезпечних радіаційних об'єктів на мові атомників називається «коричневої галявиною» і вважається абсолютно безпечним, хоча і не дуже естетичним на вигляд. Ідеальна ж мета їх маніпуляцій - «зелена галявина», на зразок тієї, яка розкинулася над уже знайомим нам французьким сховищем CSA (Centre de stockage de l'Aube). Водонепроникне покриття і товстий шар спеціально підібраного дерну перетворюють дах заглибленого бункера в галявину, на якій так і хочеться прилягти, тим більше що це дозволено. Тільки найнебезпечнішим РАО уготована не "галявина», а похмура темрява остаточного поховання.
Гаряче: поховання
Високоактивні РАВ, в тому числі відходи переробки ВЯП, потребують надійної ізоляції на десятки і сотні тисяч років. Відправка відходів в космос занадто дорога, небезпечна аваріями при старті, поховання в океані або в розломах земної кори чреваті непередбачуваними наслідками. Перші роки або десятиліття їх ще можна витримувати в басейнах «мокрих» наземних сховищ, але потім з ними доведеться щось робити. Наприклад, перенести в більш безпечне і довгострокове сухе - і гарантувати його надійність на сотні і тисячі років.
«Основна проблема сухих сховищ - це теплообмін, - пояснює Сергій Брикін. - Якщо немає водного середовища, високоактивні відходи нагріваються, що вимагає спеціальних інженерних рішень ». У Росії таке централізоване наземне сховище з продуманою системою пасивного повітряного охолодження працює на Гірничо-хімічному комбінаті під Красноярськом. Але і це ще не межа: по-справжньому надійний могильник повинен бути підземним. Тоді захист йому забезпечать не тільки інженерні системи, а й геологічні умови, сотні метрів нерухомою і бажано водонепроникною скельної або глинистої породи.
Таке підземне сухе сховище з 2015 року використовується і паралельно продовжує будуватися в Фінляндії. У онка високоактивні РАВ та ВЯП будуть замкнені в гранітній скелі на глибині близько 440 м, в мідних пеналах, додатково ізольованих бентонітової глиною, і строком не менше 100 тис. Років. У 2017-му шведські енергетики з SKB оголосили про те, що візьмуть на озброєння цей метод і зведуть власне «вічне» сховище під Форсмарк. У США тривають дебати навколо будівництва в пустелі Невади сховища Юкка-Маунтін, яке піде на сотні метрів в вулканічний гірський хребет. Загальне захоплення підземними сховищами можна розглянути і з іншого боку: таке надійне і захищене поховання може стати хорошим бізнесом.
«Чорний квадрат XVII» Тарін Саймон, 2015-3015 роки. Скло, радіоактивні відходи. Заскловування радіоактивних відходів запечатує їх усередині твердого інертного речовини на тисячоліття. Американська художниця Тарін Саймон використовувала цю технологію в роботі, присвяченій сторіччю «Чорного квадрата» Малевича. Чорний скляний куб з осклованими РАО був створений в 2015 році для московського музею «Гараж» і з тих пір зберігається на території заводу «Радон» в Сергієвому Посаді. В музей він потрапить приблизно через тисячу років, коли стане остаточно безпечний для публіки.
Від Сибіру до Австралії
По-перше, в майбутньому технології можуть зажадати нових рідкісних ізотопів, яких чимало в ВЯП. Можуть з'явитися і методи їх безпечного дешевого вилучення. По-друге, за поховання високоактивних відходів багато країн готові платити вже зараз. Росії ж зовсім нікуди діватися: високорозвиненою атомної галузі необхідний сучасний «вічний» могильник для таких небезпечних РАО. Тому в середині 2020-х недалеко від Гірничо-хімічного комбінату повинна запрацювати підземна науково-дослідна лабораторія.
У гнейсовой, погано проникну для радіонуклідів породу підуть три вертикальні шахти, і на глибині 500 м буде обладнана лабораторія, куди помістять пенали з електронагріваючих імітаторами упаковок РАВ. В майбутньому спресовані середньо- і високоактивні відходи, поміщені в спеціальні упаковки і сталеві пенали, будуть укладатися в контейнери і цементувати сумішшю на основі бентоніту. Поки ж тут заплановано близько півтори сотні експериментів, і лише після 15-20 років випробувань і обґрунтування безпеки лабораторію перетворюють в багаторічне сухе сховище РАО першого і другого класів - в малонаселеній частині Сибіру.
Населеність країни - важливий аспект всіх таких проектів. Люди рідко вітають створення поховань РАО в декількох кілометрах від власного будинку, і в густонаселеній Європі чи Азії непросто знайти місце для будівництва. Тому ними активно намагаються зацікавити наступні малонаселені країни, як Росія або Фінляндія. З недавніх пір до них приєдналася і Австралія з її багатими урановими рудниками. За словами Сергія Брикіна, країна висунула пропозицію по зведенню на її території міжнародного могильника під егідою МАГАТЕ. Влада розраховує, що це принесе додаткові гроші і нові технології. Але тоді Росії стати всесвітньою радіоактивним звалищем точно не загрожує.
Стаття «Зелена галявина над атомним могильником» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Лютий 2018 ).