Особый вид глины, обнаруженный в Швейцарии, возможно, поможет найти ответ на вопрос о том, каким образом можно было бы безопасно захоронить тысячи кубометров радиоактивных отходов, которые останутся после закрытия пяти работающих сейчас в стране АЭС?
Тот, кому доведется побывать на экскурсии в подземной лаборатории «Монт Терри Рок» («Mont Terri Rock Laboratory») в городе Сен-Урсан (Saint Ursanne), что в кантоне Юра, первым делом бросятся в глаза влажные стены 300-метрового тоннеля, ведущего в глубину скального массива.
Влажными стены, правда, остаются недолго. Стоит пройти по тоннелю немного дальше, как они вдруг делаются сухими. Никаких чудес тут нет, просто это означает, что скальная порода теперь состоит не из привычного известняка, а из не совсем обычной глины, известной в геологии как «opalinus clay» или опалинустон. Для ученых «Проекта Монт Терри» («Mont Terri Project» — «MTP») эта находка стала буквально на вес золота.
Опалинустон по своей консистенции очень твердый, на мягкую и податливую «глину» он совсем не похож. В Швейцарии залежи этой породы сформировались 175 млн лет назад в Юрский период, когда территория будущей Конфедерации была дном неглубокого моря. Свое имя эта глина получила от разновидности аммонита, носящего название Leioceras opalinum и отличающегося раковинами с жемчужным опаловым блеском. Окаменелые останки этого моллюска были найдены в породе, отсюда и ее название.
Невероятно, но факт: небольшие объемы древней морской воды до сих пор остаются в особых кавернах, образовавшихся в слоях этой глины, являясь неопровержимым доказательством особых гидроизолирующих свойств, которыми обладает опалинустон. И именно поэтому эта глина так интересна ученым, ищущим регионы, подходящие для захоронения ядерных отходов: опалинустон обладает низкой степенью водопроницаемости, а возникающие в нем трещины и разломы способны затягиваться сами по себе.
Иными словами, вполне возможно, что залежи опалинустона как раз и могут стать той самой искомой возможностью эффективно захоронить ядерные отходы так, чтобы исключить проникновение радиоактивного излучения во внешний мир.
«Если это работает здесь, это будет работать везде»
Горная лаборатория «Монт Терри» сама по себе вовсе не является потенциальным хранилищем отходов. Скорее, это действующая модель такого хранилища в натуральную величину. Ее цель — найти решение проблем, связанных с безопасностью хранилища и людей, живущих вблизи него, а также разработать технико-экономическое обоснование проекта хранилища, построенного с использованием особых свойств опалинустона, доказав, что такой проект оптимально подходит для долговременного хранения радиоактивных отходов.
Информация, полученная в рамках данного проекта, будет использоваться для того, чтобы помочь властям Швейцарии, а также ее иностранным партнерам, получить на будущее надежный алгоритм выбора соответствующих мест хранения радиоактивных ядерных отходов (РАО).
«Вопрос, строить ли такое хранилище, или нет, является политическим. Но при выборе конкретного места нахождения такого хранилища последнее слово должно принадлежать ученым»,
— подчеркивал в мае 2016 года Маркус Кэги (Markus Kägi), ответственный сотрудник Федерального ведомства по делам энергетики (Bundesamt für Energie), курирующий в департаменте ядерных отходов долговременный проект поиска глубоких геологических хранилищ высокоактивных РАО (Sachplan geologische Tiefenlager) в своем заявлении по поводу 20-летнего юбилея «Проекта Монт Терри».
Руководитель проекта Пауль Боссар (Paul Bossart) говорит, что проводимые в его рамках «эксперименты имеют большое значение, пусть даже не все у нас получится с первой попытки. В Монт Терри мы можем позволить себе неудачи. На месте же настоящего фактического хранилища никакого провала уже быть не должно».
Копнуть поглубже
Пауль Боссар пояснил swissinfo.ch, что глина опалинустон широко распространена как в Швейцарии, так и в других регионах Европы, но ученым еще нужно удостовериться в том, что этот материал удовлетворяет всем самым строгим критериям безопасности. И только тогда соответствующие геологические породы смогут рассматриваться в качестве места для строительства потенциального хранилища.
«Опалинустон вы в Швейцарии найдете везде, от Женевы до Санкт-Галлена, стоит только пробурить экспериментальную скважину. Его наличие установлено также и на юге Германии — а всего ареал распространения глины составляет 100 тыс. квадратных километров, что в два с лишним раза больше площади Швейцарии», — говорит П. Боссар. «Но на трехкилометровой глубине вы не можете построить хранилище, подходящая глубина составляет 400-900 метров. Кроме того, некоторых районов, где существует риск, что в будущем их накроет глетчер, следует избегать, поскольку давление льда может нарушить целостность хранилища отходов».
На данный же момент, благодаря работе, проводимой в лаборатории Монт Терри, а также в партнерских учреждениях — среди которых насчитываются еще три профильные лаборатории, а также швейцарское «Национальное общество (в форме товарищества) по складированию ядерных отходов» («Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle» — «Nagra») — ученые пришли к выводу, что глина опалинустон, скорее всего, все-таки является материалом, наиболее подходящим для надежной изоляции хранилищ высокоактивных отходов.
Впрочем, работа далеко еще не закончена, о свойствах этой уникальной горной породы необходимо узнать еще гораздо больше. Так, несмотря на все свои преимущества в качестве естественного гидроизолятора, у опалинустона не такая уж высокая степень теплопроводности, а это значит, что остаточное тепло, исходящее от ядерных отходов, может привести к перегреву изолирующих глинистых слоев. Насколько эта проблема критична? Большой вопрос!
К тому же глина опалинустон не настолько прочный материал, пусть он и кажется твердым, как скала. Поэтому найти стабильные геологические слои, пригодные для размещения РАО станет очень непростой инженерной задачей. Ученые также очень заинтересованы в использовании залежей опалинустона в качестве места для размещения избыточного углекислого газа, одного из основных парниковых газов. Необходимо узнать, в частности, не приведет ли закачивание СО2 под землю к землетрясениям или загрязнению подземных артезианских вод.
На цели более глубокого и детального рассмотрения всех этих вопросов и поиска решений обозначенных проблем, в рамках «МТР» уже выделено 5 млн франков. Эти деньги пойдут, в частности, на дальнейшее расширение лаборатории к 2018-му году. Еще 10 проектных предложений рассматриваются сейчас для включения в новую федеральную исследовательскую программу по ядерным отходам, начать реализовывать которую планируется с 2020 года.
«Я думаю, если вы действительно хотите построить долговременное хранилище, вам следует серьезно заняться вопросами безопасности, принимая во внимание все аргументы, включая результаты научных лабораторных исследований, а также итоги полевых изысканий»,
— говорит П. Боссар.
«Например, в Монт Терри у нас есть возможность заглянуть в прошлое на примерно 6 млн лет назад, изучая воду, заключенную в горных породах. Тем самым мы можем лучше узнать, что произошло в прошлом, и сделать наши выводы на будущее...».
Ядерные отходы в Швейцарии
Большая часть ядерных отходов в Швейцарии своим происхождением обязана пяти атомным электростанциям, хотя часть отходов поступает и от исследовательской и промышленной отраслей, а также из сферы здравоохранения.
Швейцария решила не строить больше новых АЭС, а существующие будут постепенно закрыты к концу срока их эксплуатации. По оценкам Федерального ведомства по энергетике Швейцарии, к тому времени возникнет необходимость надежной утилизации ок. 100 тыс. кубометров радиоактивного материала.
В федеральном законодательстве, регулирующем вопросы утилизации ядерных отходов, говорится, что для данных целей должно быть создано безопасное глубокое подземное хранилище. А пока долгосрочное решение этого вопроса не будет сформулировано, Швейцария продолжит хранить свои ядерные отходы в специальном хранилище в кантоне Аргау.
Лаборатория в Сен-Урсане располагает 700 метрами исследовательских тоннелей, каждый из которых отведен под те или иные проекты, связанные с захоронением радиоактивных отходов и связыванием углерода (совокупности процессов, при которых углекислый газ преобразуется в органические вещества).
Всего на базе проекта было запущено 130 экспериментов, 45 из них продолжаются, в них занято 1000 ученых, инженеров и техников.
Швейцария инвестировала в проект более 75 млн франков. С 2005 года за ее деятельность и безопасность отвечает swisstopo – Швейцарское федеральное управление геодезии и картографии, подразделение швейцарского Министерства обороны (VBS).