23 ноября 2009

Консервация «исторических» хранилищ РАО

Формирование дренажных и изолирующих слоев защитного покрытия хранилища РАО

Современные технологии, применяемые специалистами ГУП МосНПО «Радон», позволяют повысить экологическую безопасность долговременной локализации радиоактивных отходов в старых хранилищах приповерхностного типа.

Обеспечение безопасности приповерхностных сооружений

Приповерхностные сооружения для длительного хранения РАО низкой и средней удельной активности – наиболее дешевы и поэтому часто используются в России и в других странах. К таким объектам относятся хранилища (могильники), размещаемые на поверхности земли или заглубленные в грунт на глубину не более 100 м.

В ХХ веке во всем мире в качестве приповерхностных могильников и хранилищ РАО в основном использовали относительно простые приповерхностные сооружения.

В могильниках траншейного типа отходы размещали в грунтовые траншеи с последующей засыпкой (пример – первоначально использовавшаяся система могильников в Дригге (Великобритания)).

Бункеры закрытого типа (Centre de l’Aube, Франция, Rokkasho-mura, Япония) представляют собой конструкции из сборного или монолитного железобетона, в которое помещают упаковки отходов. Пустоты в хранилище могут быть засыпаны глиной или залиты цементным раствором, после чего возводится покрытие из бетонных плит и асфальта, возможно также возведение дополнительной земляной насыпи для защиты всей конструкции.

В бункере с защитным покрытием (IRUS, Канада) проникновение воды предотвращается за счет сооружения непроницаемой бетонной крыши и земляной насыпи поверх нее.

В ряде случаев имело место проникновение в объем таких хранилищ воды и контакт ее с радиоактивными веществами – из-за неудачного выбора места расположения и конструкции сооружения, размещения отходов без предварительного включения в матричный материал и в неупакованном виде, недостатков покрытия.

Обеспечение современных требований радиационной безопасности при обращении с отходами, уже хранящимися в подобных сооружениях, может быть достигнуто двумя способами.

Ликвидация хранилища (могильника) включает извлечение отходов, их переработку и переупаковку с последующим размещением вновь образующихся РАО в кондиционированном виде в новом современном хранилище (примером может служить ликвидация приповерхностных хранилищ РАО на территории РНЦ «Курчатовский институт»). Такие работы трудоемки, приводят к увеличению объемов радиоактивных отходов и поэтому очень дороги.

Второй способ – создание дополнительных инженерных барьеров, обеспечивающих дополнительную защиту размещенных в могильнике отходов от контакта с водой, воздействия отрицательных температур и других потенциально опасных факторов, которые могут привести к выходу радионуклидов в окружающую среду. В мировой практике в качестве таких барьеров используют дополнительную изоляцию размещенных в хранилище отходов путем заполнения пустот между ними цементным или цементно-бентонитовым материалом, вертикальные изоляционные стены в грунте по периметру хранилища, предотвращающие проникновение грунтовых вод, многослойные насыпи на поверхности хранилища, дополнительные водоотводные дренажи и т.д. Этот метод значительно проще и дешевле в исполнении, так как не требует строительства новых хранилищ, при этом исключен физический контакт с РАО и не происходит увеличения объема отходов.

Старые хранилища «Радона»

На ГУП МосНПО»Радон» строительство и эксплуатация приповерхностных хранилищ начались в 60-х годах прошлого века. Сооружения представляют собой заглубленный резервуар, выполненный из сборного или монолитного железобетона. Изоляция от воды достигалась за счет покрытия стен и днища цементным раствором и битумом; размещенные в хранилище отходы заливали цементным раствором. Первичная консервация хранилищ, после их заполнения РАО, включала создание поверхностного защитного экрана из цементного раствора, укладку железобетонных плит перекрытия, заделку швов цементным раствором и укладку слоя асфальта на поверхности плит. Проекты хранилищ предусматривали возможность проведения дополнительной изоляции путем возведения курганного покрытия, но конструкция такого покрытия не была разработана.

Специалисты ГУП МосНПО «Радон» в плановом порядке проводят мероприятия по поддержанию и усилению защитных свойств изоляционных барьеров приповерхностных хранилищ РАО. Проводится ремонт асфальтового покрытия, очистка и укрепление дренажных канав, восстановление монолитности и водонепроницаемости цементного матричного материала, находящегося в хранилищах.

Опытные стенды для исследования материалов и определению необходимых параметров (количества, состава и толщины слоев) многофункциональных защитных покрытий хранилищ РАО
Опытные стенды для исследования материалов и определению
необходимых параметров (количества, состава и толщины слоев)
многофункциональных защитных покрытий хранилищ РАО

В 2004 были выполнены экспериментальные работы по выбору материалов и определению необходимых параметров (количества, состава и толщины слоев) многофункциональных защитных покрытий хранилищ РАО с учетом конкретных геологических и природно-климатических особенностей площадки размещения приповерхностных хранилищ ГУП МосНПО «Радон». Исследования велись совместно специалистами предприятия, МГУ им. М.В. Ломоносова и ГУП «Геотехнология». Результаты работ проверены на опытных стендах, имитирующих многофункциональные защитные покрытия на поверхности хранилищ.


Вид хранилища РАО с возведенным над ним многофункциональным защитным покрытием

На основании проведенных исследований в 2006 году осуществлены мероприятия по проектированию и возведению опытно-промышленного многофункционального защитного покрытия на одном из хранилищ твердых радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности, заполненного в 1961 году. В настоящее время проводится оценка эффективности решений, определяющих конструкцию и материалы покрытия.

Технология консервации: эффективность доказана

Технология консервации старых хранилищ, которая реализуется на ГУП МосНПО «Радон», представлена на схеме (нажмите, чтобы посмотреть).

Многофункциональные защитные покрытия обеспечивают отвод атмосферных (дождевых и талых вод) с поверхности сооружения в дренажную систему, защиту строительных конструкций хранилищ и размещенных в них отходов от воздействия циклов замерзания–оттаивания, корней растений, жизнедеятельности норных животных и несанкционированного вмешательства человека, а также защиту грунтовой обваловки и строительных конструкций от водной и ветровой эрозии. С другой стороны, наличие изолирующих водонепроницаемых слоев исключает загрязнение материалов покрытия (песка, гравия, глины) радионуклидами.

Возведение защитного покрытия не вносит дополнительных изменений в конструкцию самого хранилища РАО. Для проведения работ по ремонту или при ликвидации самого хранилища покрытие можно демонтировать.

Исследования состояния хранилищ, проведенные в 2007-2008 годах, подтвердили эффективность возведенного защитного покрытия и его положительное влияние на состояние отходов и конструкцию хранилища. Так, обводненность приконтурной зоны хранилищ понизилась на 3-3,5 м. Строительные конструкции сооружений и размещенные в них РАО находятся в зоне теплового поля с положительными температурами, независимо от температуры окружающей среды.

Специалистами предприятия разработана и смонтирована система мониторинга, которая позволяет вести постоянный неразрушающий контроль состояния отходов в хранилище и грунтов в приконтурной зоне. Она предполагает контроль наличия воды, температурного режима, мощности дозы излучения, а также отбор проб.

***
Опыт ГУП МосНПО «Радон» по разработке и возведению многофункциональных защитных покрытий приповерхностных хранилищ РАО может найти широкое применение – на предприятиях, имеющих приповерхностные хранилища РАО, при консервации отходов и рекультивации территорий открытых хранилищ радиоактивных и химических отходов (прудов-отстойников, хвостохранилищ, отвалов, терриконов), а также при разработке концепций и проектов реабилитации территорий, площадок АЭС и пунктов размещения РАО при выводе из эксплуатации.