11 января 2010

Размещение ЖРО в глубокозалегающих пластах-коллекторах

Atomic-Energy.ru
Рисунок 1. Принципиальная схема глубокого хранилища ЖРО

Наиболее надежным и экономически выгодным способом изоляции радиоактивных отходов от окружающей среды является их захоронение в глубоко залегающие геологические формации. Одним из основных вопросов дальнейшей эксплуатации таких хранилищ является повышение технического уровня обеспечения безопасности действующих установок и обоснованности долговременных прогнозов состояния захороненных отходов и миграции их компонентов.

В России захоронение жидких РАО в глубоко залегающие пласты-коллекторы впервые проведено в 1963 году на Сибирском химическом комбинате на специально оборудованном полигоне (глубоком хранилище). Принципиальная схема захоронения предполагает подачу жидких РАО через нагнетательные скважины в пласт-коллектор, расположенный между водоупорными горизонтами (рис. 1, 2). Позже подобные полигоны были организованы на Горно-химическом комбинате и ГНЦ «НИИ атомных реакторов». За 55 лет эксплуатации в этих геотехнических сооружениях были изолированы внушительные объемы (более 55 млн м3) ЖРО различного уровня активности, удаленных из области жизнедеятельности человека. Признана положительная роль полигонов в поддержании благоприятной радиационной обстановки в местах размещения ядерных производств.


Рисунок 2. Конструкция нагнетательной скважины для захоронения отходов: а) подземная часть, б) наземная часть
1. Затрубная цементация. 2. Кондуктор. 3. Эксплуатационная колонна. 4. Фильтр. 5. Пульт управления. 6. Аппаратура КИПиА. 7. Фильтр Фортос. 8. Отстойник.

Критерии безопасности захоронения ЖРО

Закон РФ «О безопасности» (1992 год) определяет понятие безопасности в общем смысле как «состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от внутренних и внешних угроз». Соответственно, захоронение РАО считается безопасным, если в настоящее время не происходит и в будущем не произойдет их негативного воздействия на человека и окружающую среду сверх установленных нормативами пределов, а сами отходы надежно защищены от внешних угроз, в том числе от террористических актов.

Требования безопасности захоронения ЖРО определяются законодательными документами и разрабатываемыми на их основе правилами и стандартами в области радиационной и санитарной безопасности. Выполнение этих требований обеспечивается соответствующими проектными решениями, контролем качества работ, регламентированием мероприятий по осуществлению захоронения.

Применяются два основных критерия безопасности: локализации и дозовый.

Локализация является основным требованием к захоронению отходов, содержащимся в федеральном законе «О недрах». Выполнение требования локализации отходов определяется геологическими и гидрогеологическими условиями, а также динамикой эксплуатации глубоких хранилищ.

Критерий локализации базируется на масштабах распространения в геологической среде компонентов РАО, которые должны находиться в заранее определяемых объемах – границах горного отвода недр, устанавливаемых на основании прогнозных расчетов. Соответствие этому критерию проверяется при проведении контрольных наблюдений за положением контура отходов в геологической среде и прогнозировании миграции компонентов после вывода из эксплуатации глубокого хранилища. Критерий локализации дополняется критерием времени гарантированной изоляции отходов.

Дозовый критерий позволяет контролировать выполнение основополагающих требований ограничения облучения человека к объектам использования атомной энергии. Он установлен нормами радиационной безопасности НРБ-99 как предел эффективной эквивалентной дозы, составляющий 1 мЗв/год для одного человека. В соответствии с ОСПОРБ-99 и СПОРО-2002 эффективная доза облучения населения, обусловленная воздействием РАО, включая их хранение и захоронение, не должна превышать 10 мкЗв/год. Оценка безопасности захоронения РАО с использованием дозового критерия состоит в определении фактических доз облучения путем непосредственных измерений в процессе захоронения, а также ожидаемой дозы – на основании моделирования различных этапов изоляции отходов.

Применяются также критерии «нижнего уровня», являющиеся производными от указанных критериев. К ним относятся: контрольные границы и уровни содержания компонентов отходов в подземных водах, температуры разогрева пласта-коллектора, предельные концентрации радионуклидов в породах пласта-коллектора (для обеспечения приемлемой температуры разогрева пласта и выполнения условий ядерной безопасности), газовыделение, характеристики технического состояния скважин.

Оценка безопасности глубоких хранилищ

При проектировании глубоких хранилищ ЖРО и обосновании продления проектных сроков эксплуатации хранилищ в 2000-2003 годах в прогнозных расчетах миграции компонентов РАО в геологической среде не учитывалась существенная сорбционная задержка нуклидов породами. В результате этого получали завышенные площади контуров распространения радиоизотопов и «запас надежности» прогнозов. Однако даже такие пессимистические прогнозы определяют время гарантированной изоляции РАО как около 1000 лет и свидетельствуют о невозможности загрязнения действующих водозаборов хозяйственно-питьевых вод за счет эксплуатации полигонов (рис. 4). Вместе с тем при обосновании захоронения технологических отходов учтена концентрация радионуклидов в породах в результате различных процессов, что необходимо для определения температуры разогрева пласта и получения исходных данных для оценки ядерной безопасности.

 

Рисунок 4. Распространение фильтрата отходов в пластах-коллекторах глубокого хранилища СХК на период планируемой эксплуатации полигона и время гарантированной локализации ЖРО (1000 лет)

 

По данным международных исследовательских проектов ожидаемые дозы облучения населения вследствие захоронения РАО и последующей миграции компонентов отходов не превысят 1х10-3 мкЗв/год, что на четыре порядка ниже допустимого уровня (10 мкЗв/год), а время реализации воздействия этих доз на здоровье составит от нескольких тысяч и до миллиона лет. В период захоронения облучению может подвергнуться только персонал – при проведении регламентных работ на наземном оборудовании. Радиоактивные излучения отходов, находящихся на глубине несколько сот метров, полностью поглощаются вышезалегающими породами.

Как показали результаты контрольных наблюдений за захоронением ЖРО, отходы локализованы в пластах-коллекторах в пределах границ горных отводов (рис.4). В краевых зонах контуров отходов обнаруживаются химические компоненты и тритий, могут находиться радионуклиды в формах, не задерживаемых породами. Горизонты водоупоров эффективно предотвращают распространение отходов к поверхности земли (рис. 5).


Рисунок 5. Проникновение наиболее подвижной части ЖРО – нитратов и трития – в перекрывающий водоупорный слой мощностью 80 м вблизи нагнетательной скважины в течение 52 лет. (Через 1 метр удельная активность трития становится ниже величины уровня вмешательства, а концентрация нитратов – ниже предельно допустимых концентраций. 137Cs, 90Sr, 241Am и плутоний обнаруживаются в водоупорном слое только в первых 10 см от границы с пластом-коллектором)

Иногда в процессе эксплуатации глубоких хранилищ захоронение ЖРО было осложнено ухудшением технического состояния нагнетательных скважин: газово-аэрозольными выбросами на начальных этапах эксплуатации хранилищ, нарушением затрубной изоляции скважин, негерметичностью обсадных колонн. Эти нарушения привели к локальным загрязнениям буферного горизонта и участка вокруг скважины в пределах промышленной зоны, что вызвало необходимость в дезактивации части территории зоны, ремонте и ликвидации дефектных скважин. Однако такие осложнения не привели к нарушению дозового критерия и критерия локализации, то есть не повлияли на безопасность захоронения РАО.

При оценках безопасности оцениваются также маловероятные (разрушительные) сценарии выхода радионуклидов из хранилища. Такой сценарий рассматривает сочетание многолетнего несоблюдения регламентируемых требований и норм безопасности при подготовке отходов к подземному захоронению с одновременным преднамеренным разрушением оборудования.

Вероятность такого сценария мала: она не превышает 2,5х10-6/год-1 . Наиболее эффективно предотвращает подобные явления соблюдение эксплуатационного регламента (рис. 6). Но даже при таком маловероятном событии переоблучения населения не произойдет, поскольку загрязнение будет иметь локальный характер. После вывода из эксплуатации хранилища и ликвидации нагнетательных скважин реализация такого сценария в принципе невозможна. Подобный анализ других явлений и процессов показывает, что безопасность захоронения РАО может быть подтверждена вероятностными оценками.

 

Рисунок 6. Результаты обследования технического состояния технологической скважины
Захороненные РАО, находящиеся в пластах-коллекторах на глубине несколько сот метров, надежно защищены от внешних угроз, в том числе от террористических действий. В период захоронения трубопроводы передачи РАО в хранилища и к нагнетательным скважинам, а также сами скважины располагаются на охраняемой территории в пределах санитарно-защитных зон предприятий. После вывода из эксплуатации и закрытия хранилища скважины и трубопроводы ликвидируются и демонтируются, отходы находятся ниже кровли пласта-коллектора и практически недоступны без применения специальных средств для проведения горных работ.
Таким образом, при захоронении ЖРО в глубокие горизонты, в соответствии с требованиями закона РФ «О безопасности», реально обеспечивается защищенность жизненно важных интересов личности, общества и государства от потенциальных угроз, которые могут нести жидкие радиоактивные отходы.