18 марта 2013

Опыт и перспективы долговременного хранения РАО

Atomic-Energy.ru
Центральный коридор нового хранилища (каждый проем открывает доступ к трем отсекам)

На территории Научно-производственного комплекса ГУП МосНПО «Радон» уже почти 50 лет действует полигон радиоактивных отходов, где осуществляется долгосрочная изоляция РАО, образующихся на промышленных предприятиях и военных объектах, в исследовательских и медицинских организациях Москвы, Московской и 10 прилегающих областей. На одной площадке действуют старые и недавно сооруженные объекты, а также строится хранилище, отвечающее самым современным требованиям.

С 1960-х до конца 1990-х годов на полигоне производилось захоронение РАО в соответствии с нормами и правилами того времени. Приповерхностные хранилища, построенные в 1960-1980-х годах, представляют собой объекты с железобетонными стенами, днищем и перекрытием, сооруженные с полным заглублением в грунт или с подземной и наземной частью, разделенные перегородками на отсеки. Отходы закладывались в отсеки послойно – в некондиционированной форме, с использованием несертифицированных упаковочных средств. Пустоты заполнялись цементной массой, изготовленной на воде или малоактивных ЖРО.

В 1990-х годах начались разработки, направленные на внедрение техники кондиционирования отходов. Полигон приобрел статус пункта хранения.

Проектные решения, принимавшиеся в 2000-е годы, принципиально не отличались от прежних. Однако теперь над хранилищами возводили надстройки, использующиеся в производственных целях до первичной консервации объектов. Внедрялись модернизированные технологические процессы. Начиная с этого времени, короткоживущие РАО средней и низкой удельной активности размещаются в типовых хранилищах в кондиционированной (пригодной для долговременного хранения) форме с применением сертифицированных контейнеров.

Отработавшие источники ионизирующего излучения хранятся в 18 мини-хранилищах скважинного типа глубиной 6 м, в матрицах из легкоплавких сплавов на основе свинца.

 

Типовое хранилище РАО (площадь – 60x20 м, глубина – 5 м)

 

Обеспечение и анализ безопасности хранения

Предотвращение распространения радионуклидов за пределы хранилищ обеспечивает система барьеров – инженерных и естественного. К инженерным барьерам относятся строительные конструкции сооружений и консервирующее покрытие, упаковочные средства (контейнеры), матричные материалы внутри упаковок РАО, буферные материалы между упаковками. Каждый из них может выполнять защитную функцию независимо от состояния других барьеров.

Естественным барьером служит геологическая среда «ближнего поля» хранилищ – малопроницаемые глинистые грунты, обладающие высокими сорбционными свойствами. При проектировании очередных сооружений, в ходе мониторинга объектов неоднократно проводились исследования по обоснованию безопасности хранилищ, и к настоящему времени не выявлено факторов, свидетельствующих о некорректном выборе участка полигона.

Для контроля эксплуатационных качеств (изоляционных свойств) хранилищ систематически отбираются и анализируются пробы воды из дренажных систем, донных отложений, почвы, растительности.

Периодически выполняется анализ безопасности. При этом сначала рассматриваются сценарии деградации сооружений под влиянием медленно действующих факторов, таких как коррозия металла, старение бетона, а также эффекты внезапных воздействий, разрушающих инженерные барьеры.

Оцениваются последствия событий, которые могут вызвать сбой нормальной работы, таких как:

  • дорожное происшествие при транспортировке РАО;
  • разрушение упаковки РАО при производстве работ;
  • внезапное отключение электроэнергии;
  • пожар на технологической установке;
  • затопление хранилища и подтопление его грунтовыми водами;
  • разрушение части хранилища в результате авиакатастрофы и других происшествий (например, террористического акта);
  • лесной пожар, пожар на магистральном газопроводе вблизи объекта.

По установленной методологии, с применением математического моделирования выполняются расчеты, позволяющие прогнозировать скорости миграции радионуклидов при нарушениях системы барьеров, а также индивидуальные дозы облучения, которые  персонал и население могут получить по различным сценариям – непосредственно от внешнего облучения, по пищевым цепочкам, через атмосферный воздух. Результаты расчетов используются в отчетах по обоснованию безопасности сооружений или видов деятельности по обращению с РАО.

Для поддержания эксплуатационных качеств старых сооружений ведутся систематические работы: создание консервирующих покрытий, реконструкция дренажных сетей, инжекция матричных материалов в массив РАО.

 

Создание консервирующего покрытия старого хранилища РАО

 

Новое сооружение для долгосрочной изоляции РАО

В 1994-1996 годах в рамках контракта TACIS с участием специализированных европейских организаций был разработан концептуальный проект совершенствования полигона, одно из основных направлений которого предусматривало создание наземного хранилища типа «бункер» (vault). В 1997-1998 годах консорциумом фирм Belgatom, SGN и AEATechnology был разработан технический проект нового сооружения.

Наземное хранилище имеет перед заглубленным следующие преимущества:

  • гораздо меньшая площадь пограничной поверхности между массивом отходов и естественной геологической средой;
  • упрощенная процедура возможного последующего извлечения отходов;
  • неподверженность воздействию эффекта «bath-tubing», который может привести к затоплению или подтоплению хранилища;
  • более высокий уровень контроля качества строительства за счет снижения объема так называемых скрытых работ.

Кроме того, новое хранилище позволит снизить расходы на эксплуатацию полигона за счет более компактного размещения РАО и повышения надежности их изоляции.

 

Сооружение для изоляции радиоактивных отходов

 

Сооружение площадью 170x190 м строится из монолитного железобетона; толщина основания – 500 мм, стен – 400 мм. Для защиты всех строительных конструкций используются полимерные пленочные материалы и гидроизолирующие составы.

В состав хранилища войдут 20 унифицированных автономных модулей (площадь 38x36 м, высота – 6 м), вмещающих по 5600 м3 отходов. К настоящему времени заканчивается строительство первых 10 модулей, получены лицензии на эксплуатацию первых четырех.

 

Возведение первых модулей

 

Каждый модуль состоит из двух секций, разделенных на три отсека. В отсеках создаются штабели упаковок в четыре яруса, шириной в три ряда. При этом более опасные упаковки РАО экранируются менее опасными: в центре штабеля размещаются упаковки со средней активностью, по периферии – низкоактивные. Такой порядок загрузки минимизирует дозы облучения персонала. Отходы, содержащие долгоживущие нуклиды (в том числе нейтронные источники) размещаются в отдельных отсеках, в центральных зонах сооружения, что обеспечит наибольшую степень их изоляции от окружающей среды.

 

Центральный коридор нового хранилища (каждый проем открывает доступ к трем отсекам)

 

В январе-феврале 2011 года первый отсек хранилища заполнен упаковками РАО.

Местонахождение каждой упаковки точно фиксируется в базе учетных данных, по форме «модуль – отсек – ряд – ярус – место».

В хранилище размещаются только кондиционированные отходы в железобетонных контейнерах НЗК (наиболее опасные РАО) и металлических контейнерах КМЗ. Эти контейнеры имеют одинаковые внешние габариты. РАО загружают в отсеки вилочным погрузчиком через боковые проемы модулей.

 

В каждом отсеке хранилища создается штабель упаковок высотой в четыре яруса, шириной в три ряда

 

Действуют три системы дренажа сточных вод. Дождевая канализация (для упорядоченного отвода атмосферных осадков) представлена сетью открытых лотков. Дренажная система (для стабилизации уровня грунтовых вод на площадке хранилища) – средствами пристенно-пластового дренажа с использованием фильтрующих керамзитобетонных плит. Вода из нижних точек обеих систем отводится в контрольно-регулирующий бассейн очистных сооружений.

Система отведения фильтрата (для удаления воды от возможных протечек кровли и конденсата на стенах и контейнерах) включает дренажный пласт в днище каждого модуля, отводящие трубы, колодцы с ловушками вместимостью 50 л, самотечный магистральный коллектор и контрольный бак. Такая система дает возможность идентифицировать конкретный модуль сооружения, где требуется проведение ремонтных работ, и в случае разрушения перекрытия отводить наиболее загрязненную воду отдельно от прочих потоков.

Возможности окончательной изоляции РАО

Статус сооружения в настоящее время – долгосрочное хранилище РАО. Однако проект учитывает возможность преобразования его в объект бессрочной изоляции РАО. Например, предусмотрены способы ввода в полость сооружения буферного материала, прочность конструкций рассчитана с учетом нагрузок от консервирующего покрытия. Такое покрытие обеспечивает защиту от просачивания воды, водно-ветровой эрозии,  чрезмерного развития корневой системы растений, непреднамеренного вторжения человека после снятия активного контроля, контролируемый дренаж дождевых и талых вод, предотвращение образования непрерывной капиллярной сети и активности норных животных, а также теплоизоляцию бетонных конструкций.

Консервирующее покрытие представляет собой сложную многослойную конструкцию из глины, песка, щебня и геосинтетических материалов. Оно обладает свойством самозащищенности, в частности, отдельные пласты материалов устойчивы против сползания, водоупорные глинистые слои защищены от пересушивания и растрескивания. Верхняя растительная «шапка» обеспечивает испарение листьями дождевой воды и воды, извлеченной растениями из почвы через корневую систему. Более половины воды поверхностного стока удаляется именно этим путем, а не дренажной системой.

Авторы

Баринов Александр Сергеевич,
к.т.н.

Волков Александр Сергеевич,
к.т.н. 

Лащенов Сергей Михайлович,
к.т.н.

ГУП МосНПО "Радон"