Не пылить реакторным графитом

«Обращение с графитом при выводе из эксплуатации ректоров РБМК» – посвященный этой теме доклад был представлен в Петербурге в Институте региональной прессы. В группу экспертов, работавших над докладом, вошли ветераны атомной энергетики, лидеры общественных организаций. Тема актуальная, особенно с учетом остановки в декабре 2018 и подготовки демонтажу первого энергоблока Ленинградской АЭС.

Ахиллесова пята

Как показала жизнь, уран-графитовые реакторы (УГР) АЭС имеют слабое место. Речь о графитовой кладке, являющейся одним из конструктивных элементов реактора. Например, выяснилось, что через несколько десятков лет эксплуатации графит «распухает», что приводит к нарушению нормальной работы реактора. Положение спасла расточка графитовых каналов, изобретенная и апробированная инженерами Ленинградской атомной станции, где в 1973 году и был введен в эксплуатацию первый в СССР РБМК.

Капитально отремонтированный блок №1 ЛАЭС отработал к декабрю 2018 года еще сверхнормативных 15 лет. Так вот после 45 лет эксплуатации графит вовсе начал терять прочностные характеристики, трескаясь и рассыпаясь на мелкие фрагменты… Словом, остановили вовремя.

Теперь во весь рост встает еще более масштабная проблема: что делать с 3770 тоннами высокоактивного, рыхлого графита остановленного РБМК? Ведь технологий его переработки и утилизации на сегодня не существует не только в России, но и в мировой практике. Между тем период полураспада радиоуглерода 14С (из него на 95% и состоит облученный графит) – 5730 лет. А в кладке содержатся еще изотопы хлора-36 с периодом полураспада 300 000 лет и трития, от которого пока защиты нет.

В стадии отложенного решения

Но почему графитовую кладку нельзя разобрать на составляющие и захоронить, как поступают с другими компонентами реактора?

– На сегодня опыта выполнения сложных, трудоемких операций по демонтажу графитовых кладок УГР в условиях высоких полей радиации (от 10 до 100 рентген и более) не существует, – комментирует один из авторов доклада, председатель Ассоциации ветеранов Игналинской АЭС, бывший заместитель начальника реакторных цехов Ленинградской, Игналинской и Чернобыльской АЭС Владимир Кузнецов. – Из-за высоких уровней гамма- и бета-излучения разборка графитовой кладки в обозримом будущем не может выполняться персоналом. Это должны делать уникальные роботы, которые еще необходимо создать и обучить. Также не обойтись без проектирования и строительства полномасштабного тренажера, разработки соответствующего программного обеспечения, обучения операторов и т.д. Еще один фактор риска – графитовая пыль взрывоопасна. Так что перед нами сложнейшая технологическая задача.

– В процессе разборки графитовой кладки, – продолжает эксперт, – потребуется безопасная технология размола кирпичей, обломков графита и иммобилизация графита в геополимерную матрицу в защитном контейнере. Но такой технологии тоже нет. Необходимо также предусмотреть исключение выхода радиоактивного и токсичного хлора-36 и трития в помещения, где работает персонал.

– Специалистами обсуждались предложения по сжиганию реакторного графита, – говорит соавтор доклада, к.т.н., начальник отдела радиационных технологий ООО «ТВЭЛЛ», член Общественного совета Госкорпорации «Росатом» Олег Муратов. – Он горит, но в процессе образуется большое количество радиоактивного углекислого газа, который необходимо уловить и перевести в безопасное состояние. Методы эффективного улавливания и перевода в твердую фракцию существуют. Однако при этом образуется твердая радиоактивная масса, в несколько раз превосходящая массу радиоактивного графита. Так что такие преобразования представляются весьма сомнительными. Кроме того, в процессе горения образуется хлор-36, для улавливания которого потребуются также очистка из очень дорогих и сложных материалов.

Еще одно направление по обращению с реакторным графитом – его изоляция от окружающей среды с помощью современных изоляционных материалов. Но, учитывая объемы накопленного радиоуглерода, данный метод мировым ядерным сообществом также признан экономически нецелесообразным. Однако научные поиски в этом направлении не приостанавливаются.

Вместе с тем Олег Муратов рассказал о частном случае решения проблемы в городе Северск Томской области. В 2015 году там после выгрузки топлива промышленный реактор ЭИ-2 вместе с графитовой кладкой был заполнен бентонитовой глиной. Ее свойства таковы, что, по мнению авторов этого проекта, радионуклиды даже в случае затопления грунтовыми водами не смогут мигрировать в течение десятков тысяч лет. Сам реактор взяли в бетонный «замок»: подвели бетонную подушку, окружили стенами, накрыли плитой. Сверху засыпали грунтом, засеяв травой.

– Но на создание вот такого «зеленого кургана» было израсходовано 86 000 тонн бентонитовой глины и 100 000 тонн бетона, – продолжает Олег Муратов. – Для РБМК-1000, который в 4 раза больше, такая технология опять-таки неприменима. Тем более, установка в Северске размещалась под землей, тогда как РБМК поднят над поверхностью земли на несколько метров. Нужны принципиально новые решения. Вот почему все остальные уран-графитовые российские реакторы находятся сегодня в стадии отложенного решения. То есть реакторный графит остается в разгруженном от топлива реакторе, под наблюдением персонала.

Первый уран-графитовый реактор был построен в США в 1942 году Энрико Ферми. Впоследствии в Великобритании, Франции, США, СССР и других странах было введено в строй 123 уран-графитовой ядерной установки. Самое большое количество – 46 – в Великобритании, и 31 – в СССР. В России продолжают работать 10 реакторов РБМК-1000 и 3 реактора ЭГП-6. В Великобритании действуют 14 реакторов, в Китае – 4, в Бельгии – 1. Мировые запасы облученного реакторного графита на сегодняшний день составляют 260 000 тонн, в том числе в РФ – около 60 000 тонн.

Воздействует на ДНК

– Облученный реакторный графит или радиоуглерод 14С – опасное для всего живого вещество, – продолжает Владимир Кузнецов. – Живые организмы воспринимают его за вполне дружественный углерод, являющийся «строительным кирпичиком» биосферы Земли. Участвуя в обменных процессах, радионуклид проникает во все органы, ткани и молекулярные структуры живых организмов, оказывая воздействие на живые клетки, ДНК и РНК. Это воздействие принято называть трансмутациями, а вызванные ими генетические эффекты – трансмутационными.

– Дания приводит статистику увеличения смертности населения от онкозаболеваний на 20% после запрещения испытаний ядерного и термоядерного оружия в 1980 году, – говорит эксперт. – А как эти испытания сказались на населении стран северного полушария Земли, статистики нет. В нашей памяти остаются только имена известных артистов, творческой интеллигенции, известных политиков, либо близких знакомых, безвременно ушедших из жизни от онкозаболеваний…

«Повреждения ДНК, вызванные ядерными превращениями 14С в 14N, могут инициировать потерю генетической информации со скоростью ядерного распада радиоуглерода, являясь ничем иным, как ядерно-биологическими часами, отмеряющими продолжительность жизни, – пишут авторы доклада. – Факт высокой генетической значимости трансмутационного превращения 14С, включенного в молекулы ДНК, теоретически обоснован и экспериментально доказан».

Смертельно опасен

Накопленная атомной энергетикой масса облученного реакторного графита способна оказать глобальное воздействие на экосистему нашей планеты.

– 260 тысяч тонн накопленного в мире облученного реакторного графита содержат в три раза больше радиоуглерода 14С, чем того же 14С, выброшенного в атмосферу после ядерных и термоядерных испытаний атомного оружия, – говорит соавтор доклада, председатель экологического движения «Общественный совет южного берега Финского залива» Олег Бодров. – Начиная с 1945 года, – момента взрыва первой атомной бомбы в США, до вступления в силу договора о запрете на испытания в трех средах в 1980 году, – разными странами было проведено 432 взрыва в атмосфере. Максимальная концентрация радиоуглерода была зафиксирована в 1963-1964 годах. Она превышала фоновый уровень в 2 раза.

«Рост мужской и женской «естественной смертности» [в обозначенный период – Л.З.], как следствие всплеска концентрации 14С в атмосфере, достигают своего максимума для мужского населения через 6-7 лет, а женского – через 25 лет, – говорится в докладе. – Таким образом, надежная изоляция реакторного графита от биосферы при выводе из эксплуатации уран-графитовых установок является важным критерием безопасности и успешности вывода из эксплуатации всех уран-графитовых реакторов, в том числе и РБМК».

В поиске

В 2016 году МАГАТЭ признало потенциальную опасность, сложившуюся в мире с обращением, утилизацией и окончательным захоронением облученного реакторного графита. Была поддержана идея создания в Российской Федерации международного центра по отработке безопасных технологий по обращению с ним.

Центр был создан на базе Томского «опытно-демонстрационного центра вывода из эксплуатации уран-графитовых реакторов». В этом проекте, получившим название GRAPA6 (Irradiated GRAphite Processing Approaches), участвуют также Германия и Франция. Планируется, что в течение трех лет центр разработает промышленную технологию безопасного обращения с обученным графитом.

– Одновременно идут работы во Франции, – сообщил Владимир Кузнецов. – Французские компании создали новое предприятие GRAFITECH, которое сосредоточится на выводе из эксплуатации уран-графитовых реакторных установок, а также разработке технологий и инноваций в области обращения с графитом. В 2022 году компания должна предоставить полномасштабные модели, которые помогут создать эталоны безопасности и радиационной защиты, в том числе и по облученному графиту. Франция будет готова к дистанционной разборке уран-графитовых реакторов к 2028 году. К этому времени в мире будет более шестидесяти УГР, готовых к разборке. Это всем нам дает надежду.

Планируется демонтаж

Итак, сегодня под Петербургом в остановленном реакторе находится 3770 тонн облученн6ого графита. Известно, что концерном «Росэнергоатом» принята концепция «немедленного демонтажа» первого блока. Означает ли это, что графитовая кладка в ближайшее время все-таки будет демонтироваться?

– Процесс «немедленного демонтажа» в атомной энергетике может растянуться на 40-50 лет, – отвечает Олег Муратов. – Так, в 2022 году планируется окончательно освободить остановленный блок ЛАЭС от отработавшего ядерного топлива. Затем в течение семи лет предстоит демонтаж трубопроводов и оборудования. К разборке графита дело дойдет лишь к 2040 году. И в соответствии с упомянутой выше концепцией демонтажа, графитовую кладку действительно должны разделить на фрагменты и разместить на долговременное хранение. Хотя могильника для радиоактивных отходов 2 класса опасности, к коим относится реакторный графит, в России пока не существует…

Такое вот неоднозначное положение. В аналогичном положении находится и РБМК-1500 в Литве также с 3770 тоннами облученного графита. К 2038 году правительство республики планирует превращение первого блока Игналинской АЭС в «коричневую лужайку»…

Не пылите графитом!

Данная ситуация и стала мотивацией для авторов доклада.

– Облученный графит будет представлять опасность во временной промежуток, равный десяти периодам полураспада, – то есть еще в течение 57 300 лет, – говорит Олег Бодров. – При этом суммарная активность наработанного реакторного графита в мире (730 ПБк) почти в 3 раза больше, чем образовавшаяся при атомных взрывах (249 ПБк). Таким образом, безопасное обращение с накопленным в мире реакторным графитом – глобальная проблема, сравнимая по актуальности с запретом на испытание ядерного оружия.

В связи с этим авторы доклада обратились к концерну «Росэнергоатом» с предложением отложить разукрупнение и демонтаж графитовой кладки реакторов РБМК-1000 ЛАЭС и других уран-графитовых реакторов до разработки безопасных, экологически и экономически приемлемых промышленных технологий…

Предлагаем «рассмотреть возможность использования «курганной технологии» для временной (на 100- 300 лет) изоляции облученного реакторного графита всех типов уран-графитовых реакторов для исключения выщелачивания радиоуглерода 14С водой и минимизации негативных последствий … после окончательной остановки энергоблоков», пишут авторы доклада.

– В своем обращении к правительству Литвы я предложил «не пылить графитом», а проанализировать возможность реализации «зеленого кургана» с контролируемым хранением облученного графита внутри блока в течение 60-70 лет, – заявил гражданин Литовской республики Владимир Кузнецов. – За демонтаж графита можно будет браться только тогда, когда в мире появятся новые безопасные технологии. Образно говоря, они уже на пороге…

Ряд предложений авторы доклада направили правительству РФ, органам региональной власти Ленинградской области и Санкт-Петербурга, муниципальным властям Соснового Бора.