Курганная технология изоляции выведенных из эксплуатации АЭС

Проблема вывода АЭС из эксплуатации требует скорейшего решения. Наиболее приемлемым для общества является вывод по сценарию «зеленая лужайка». Однако сложности ее реализации заставляют искать альтернативные варианты.    

Принятая в большинстве стран концепция вывода атомных электростанций из эксплуатации АЭС по варианту «зеленая лужайка» может быть реализована с большим трудом по двум причинам.

Во-первых, стоимость работ по демонтажу оборудования и конструкций АЭС, транспортировке демонтированных конструкций и устройству могильника для их захоронения по оценочным расчетам составляет не менее половины стоимости вновь возводимой АЭС аналогичной мощности. Таких денег нет не только в России, где за последние 30 лет из-за политических и экономических проблем накопления для осуществления этой деятельности были невозможны, но и в более благополучных странах.

Во-вторых, практически неразрешимой оказалась проблема выбора площадки для строительства объекта захоронения из-за сопротивления населения. Если в России, большую часть которой занимают слабозаселенные и незаселенные территории, еще возможен вывоз значительного объема радиоактивных отходов из одного субъекта федерации для захоронения в другом субьекте федерации, то, например, в Германии сложно представить себе перемещение  демонтированных радиоактивных конструкций из земли Бавария в землю Саксония.

По нашему мнению, единственным решением данной проблемы является изоляция отработавших АЭС на месте путем засыпки инертными материалами с образованием кургана. При этом здание реактора становится хранилищем для твердых радиоактивных отходов, образовавшихся за время работы энергоблока. Отработавшее ядерное топливо вывозится за пределы АЭС.

Исторический опыт показывает, что курганы (рис. 1) являются исключительно устойчивыми сооружениями и сохраняют свою форму в течение тысячелетий.

Многометровый слой инертных материалов гарантирует надежную защиту от ионизирующего излучения и несанкционированного доступа к изолированным конструкциям. Конструкции, размещенные внутри кургана, недоступны для грунтовых вод – таким образом, решается проблема, характерная для подземных хранилищ твердых радиоактивных отходов.

Еще одним преимуществом данной технологии изоляции отработавших АЭС является ее обратимость. Если когда-нибудь возникнет потребность демонтировать здание АЭС и вывезти строительные конструкции, оборудование и контейнеры с твердыми радиоактивными отходами с данной территории, то никаких препятствий для этой деятельности не возникнет. 

Концепция «зеленого кургана»

Можно сформулировать следующие этапы изоляции отработавших АЭС по варианту «зеленый курган»:

• определяются здания АЭС, подлежащие изоляции (для АЭС с ВВЭР это здание реактора);
• с территории АЭС вывозится отработавшее ядерное топливо;
• разбираются здания и сооружения, примыкающие к зданию, подлежащему изоляции; нерадиоактивные конструкции перерабатываются в металлолом и щебень, радиоактивные складируются в здании, подлежащем изоляции;
• твердые радиоактивные отходы, образовавшиеся за время эксплуатации АЭС,  помещаются в контейнеры и складируются в здании, подлежащем изоляции;
• производится полная внутренняя засыпка помещений здания, подлежащего изоляции, сухим песком;
• снаружи здание, подлежащее изоляции, засыпается глиной с образованием кургана;
• на глину наносится плодородный слой почвы; производится озеленение кургана лиственным низкорослым кустарником.

Общий объем инертных материалов, необходимых для изоляции здания реактора ВВЭР-1000 (рис. 2), составляет ориентировочно 1 млн м³. 

Рис. 2. Курганная изоляция здания реактора ВВЭР-1000

Мы умышленно избегаем для данной концепции применения терминов «захоронение», «окончательная изоляция» и «могильник», чтобы избежать противоречий с действующим законодательством об обращении с радиоактивными отходами и использовании атомной энергии. 

Технология засыпки кургана

Основной проблемой, возникающей при изоляции здания реакторного отделения АЭС внутри кургана, является опасность обрушения конструкций под массой инертных материалов при насыпке кургана. Для предотвращения подобного развития событий необходимо одновременно с внешней засыпкой заполнять внутренний объем здания. Наиболее подходящим материалом для внутреннего заполнения является кварцевый песок. Однако при свободной засыпке внутреннего объема помещения сыпучим материалом не удается обеспечить полного заполнения объема, так как угол естественного откоса для сухого песка составляет 30° (рис. 3). Это может стать причиной обрушения строительных конструкций под массой инертного материала.

Рис. 3. Конечное состояние системы при свободной засыпке

Для обеспечения полного заполнения внутреннего объема здания в ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» разработана технология засыпки с использованием роторной насадки (рис. 4). За счет вращения такой насадки песок отбрасывается к стенам помещения и полностью заполняет его объем.

Рис. 4. Засыпка внутреннего объема здания реактора с использованием роторной насадки

Для апробирования технологии бесполостного заполнения внутреннего объема объектов, подлежащих изоляции, в ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» создан экспериментальный стенд «Курган-1» (рис. 5). 

Рис. 5. Состояние стенда «Курган-1», полученное в результате свободной засыпки (1)

Состояние стенда «Курган-1», полученное при заполнении внутреннего объема через роторную насадку (2)

Состояние стенда «Курган-1», полученное при заполнении внутреннего объема через роторную насадку (3)

Результаты эксперимента на стенде «Курган-1» подтвердили возможность бесполостного заполнения внутреннего объема сыпучим материалом и принципиальную возможность изоляции здания внутри кургана без нарушения целостности конструкции здания.

Следующим этапом работ по развитию концепции «зеленый курган» является апробирование технологии в реальных условиях. Наиболее подходящим для этой цели объектом является недостроенная Воронежская АСТ (атомная станция теплоснабжения), которая строилась в 1980-е годы и предназначалась для отопления Воронежа. В здании реактора установлен реактор водо-водяного типа с естественной циркуляцией тепловой мощностью 500 МВт. В начале 1990-х годов сооружение АСТ прекратилось, и в настоящее время значительная часть оборудования разворована, многие строительные конструкции пришли в негодность. По нашему мнению, Воронежская АСТ является оптимальным полигоном для отработки технологических процессов изоляции объекта по варианту «зеленый курган».

Рис. 6. Недостроенная Воронежская АСТ

Авторы

Коровкин Сергей Викторович, начальник отдела	Тутунина Евгения Викторовна, руководитель группы