научная статья по теме РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ В МОРЯХ. ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ Энергетика
Текст научной статьи на тему «РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ В МОРЯХ. ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ»
РвДИОвКТИВНЫЕ отхоаы В МОРЯХ. ПРОШПОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ
Доктор физико-математических наук Ю. В. СИВИНЦЕВ (РНЦ «Курчатовский институт»)
Удаление радиоактивных отходов (РАО) в моря первыми начали США, приступив к таким операциям вблизи Тихоокеанского побережья в 1946 г. и распространив их на Атлантическое побережье в 1950-х гг. Убежденность в безопасности этих операций была настолько большой, что даже фиксировать данные об активности и радионуклидном составе сброшенных РаО считали излишним. Когда, несколько десятилетий спустя, потребовалось включить такую информацию в национальный инвентаризационный регистр, ее не удалось разыскать. Такой же оказалась ситуация и в нашей стране.
Вскоре к практике захоронения РАО в морях прибегли и другие государства. В их числе — Великобритания, которая затапливала РАО в Северной Атлантике с
1949 г., Новая Зеландия и Япония, осуществлявшие такие работы вблизи своих берегов в Тихом океане в середине
1950 гг., затем с 1960 г. Бельгия, избрав-§ шая для этой цели пролив Ла-Манш ря-| дом с побережьем Франции.
1 В 1957 г. Международное агентство по § атомной энергии (МАГАТЭ) начало разра-
0 батывать методологию безопасного уда-
1 ления РАО в моря. В 1975 г. вступила в I силу международная Лондонская кон-д венция 1972 г., разрешавшая и регламен-§ тировавшая затопление (дампинг) отхо-| дов, в том числе РАО. В 1983 г. страны-I участницы Лондонской конвенции приня-§ ли решение, в основном под давлением » «зеленого» движения, о добровольной
приостановке удаления РАО в моря. Одновременно этот документ был переиме-
нован в Конвенцию по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов. Эту Конвенцию дополняли рекомендации МАГАТЭ, имеющие целью обеспечение радиационной безопасности при удалении РАО в моря [МАГАТЭ-78].
Всего в период с 1946 по 1982 гг. затопление РАО осуществляли 14 стран в 47 районах Атлантического и Тихого океанов. По обобщенным данным первой инвентаризации, выполненной экспертами МАГАТЭ в 1991 г., за указанные 36 лет в морях Мирового океана было затоплено 1.24 МКи (46 ПБк) РАО. Подавляющая их часть приходится на северо-западную Атлантику. Здесь в 15 районах было затоплено 1.22 МКи (45.31 ПБк), главным образом твердых РАО, удаленных Великобританией (77.5%). В Тихом океане доминируют отходы США (97.1%). В Дальневосточном регионе, кроме упомянутых выше Новой Зеландии и Японии, затопление радиоактивных отходов производила также Южная Корея вблизи своего побережья в Японском море (рис. 1). Материалы первой инвентаризации, выполненной экспертами МАГАТЭ, не содержали данных о затоплении РАО в морях, омывающих СССР.
Наша страна в 1959-1993 гг. проводила операции по сливу жидких и затоплению твердых РАО в Арктике (в Баренцевом и Карском морях) и на Дальнем Востоке (в Японском и Охотском морях, а также в северо-западной части Тихого океана). Это были РАО, образующиеся при эксплуатации атомных подводных лодок (АПЛ) и атомных ледоколов. Такие
РАО удаляли в специально выбранных районах моря без интенсивного судоходства и рыболовного промысла.
Началу этих операций предшествовало проведение научно-исследовательских работ по обоснованию допустимой активности, темпов сброса и выбору приемлемых регионов в арктических и дальневосточных морях. Были использованы результаты изучения естественных гидрофизических процессов, в частности скорости диффузии радиоактивных веществ в морской воде и накопления радионуклидов в донных отложениях и гид-робионтах. На этой основе были теоретически и экспериментально, в том числе с проведением опытных сливов, обоснованы предельно допустимые концентрации (ПДК) долгоживущих радионуклидов в морской воде и донных отложениях. При нормировании сбросов радионуклидов в море исходили из требования, чтобы радиус зоны загрязнения воды с концентра-
Результаты первой инвентаризации дампинга радиоактивны/х отходов (без учета СССР, МАГАТЭ, 1991).
цией радиоактивных веществ выше ПДК не превышал 1 км. Величину ПДК принимали равной 0.37 Бк/л, тогда как объемная активность естественно радиоактивного изотопа 40К составляет около 10 Бк/л морской воды. Расчеты показали, что для выполнения исходного условия мощность сброса 90Sr в начальный момент не должна превышать 35 мКи/ч (1300 МБк/ч) или 300 Ки/год (11 ТБк/год). В этих условиях площадь зоны с загрязнением воды более 1 ПДК составит около 3 км2, морская вода на расстоянии до 1 км от точки сброса будет содержать радиоактивные загрязнения в концентрации, не превышающей 1 ПДК, на 5 км -0.1 ПДК, на 20 км — 0.01 ПДК и на 50 км -0.001 ПДК, то есть практически достигнет фона. Нормирование проведено для допустимого сброса 90Sr в пределах до 100 Ки/год (3.7 ТБк/год) или эквивалентного количества других радионуклидов. Санитарные требования 1960 г. устанавливали крайне жесткий и необоснованный предел суммарной активности сброса РАО, равный 10 Ки/год. С учетом проведенных расчетных и натурных исследований в 1966 г. он был увеличен до 1 кКи/год, в 1982 г. — до 5 кКи/год. Инте-
—Данные РНЦ КИ —Данные ЦКБ «Лазурит»
Источник
Другие способы захоронения РАО
Удаление в море касается радиоактивных отходов, вывозимых на кораблях и сбрасываемых в море в упаковках, спроектированных:
— для того чтобы взорваться на глубине, в результате чего происходит непосредственный выброс и рассеивание радиоактивного материала в море, или
— для погружения на морское дно и достижения его в неповрежденном виде.
Через какое-то время физическое сдерживание контейнеров перестанет действовать, и радиоактивные вещества будут рассеиваться и разбавляться в море. Дальнейшее разбавление приведет к тому, что радиоактивные вещества будут мигрировать от места сброса под действием течений.
Количество радиоактивных веществ, остающихся в морской воде, далее снижалось бы из-за естественного радиоактивного распада и перемещения радиоактивных веществ в отложения морского дна в процессе сорбции.
Метод удаления в море низко активных и средне активных отходов практиковался на протяжении некоторого времени. Был пройден путь от общепринятого метода удаления, который был фактически реализован рядом стран, к методу, который теперь запрещается международными соглашениями. К странам, которые в то или другое время предпринимали сброс РАО в море, используя вышеупомянутые методы, относятся Бельгия, Франция, Федеративная Республика Германия, Италия, Нидерланды, Швеция и Швейцария, а также Япония, Южная Корея и США. Этот вариант не был реализован для отходов высокого уровня активности.
Удаление под морское дно
Вариант удаления предполагает захоронение под морским дном контейнеров с радиоактивными отходами в соответствующую геологическую среду ниже дна океана на большой глубине. Этот вариант был предложен для отходов низкого, среднего и высокого уровня активности. Вариации этого варианта включают:
— хранилище, расположенное ниже морского дна. Хранилище было бы доступно с земли, с небольшого необитаемого острова или с сооружения, расположенного на некотором расстоянии от берега;
— захоронение радиоактивных отходов в глубоких океанических осадках. Этот метод запрещен международными соглашениями.
Удаление под морское дно нигде не было реализовано и не разрешено международными соглашениями.
Удаление радиоактивных отходов в хранилище, созданное ниже морского дна, рассматривалось Швецией и Великобританией. Если бы концепция хранилища ниже морского дна была бы признана желательной, то проект такого хранилища мог бы быть разработан так, чтобы гарантировать возможность будущего возврата отходов. Контроль за отходами в таком хранилище был бы менее проблематичен, чем при других формах удаления в море.
В 1980-х годах была исследована возможность удаления отходов высокого уровня активности в глубоких океанских отложениях, и официальный отчет был представлен Организацией экономического сотрудничества и развития. Для реализации этой концепции радиоактивные отходы планировалось упаковать в коррозионно стойкие контейнеры или стекло, которые помещались бы, по крайней мере, на 4000 метров ниже уровня воды в устойчивой глубокой геологии морского дна, выбранного как из-за медленного притока воды, так из-за способности задерживать перемещение радионуклидов. Радиоактивные вещества, пройдя через донные отложения, затем подверглись бы тем же самым процессам разбавления, дисперсии, диффузии и сорбции, которые воздействуют на радиоактивные отходы, удаленные в море. Этот метод удаления, следовательно, обеспечивает дополнительное сдерживание радионуклидов, если сравнивать с захоронениями радиоактивных отходов непосредственно на морском дне.
Захоронение радиоактивных отходов в глубоких океанских отложениях могло бы быть выполнено двумя различными методами: с помощью пенетраторов (устройств для проникновения внутрь отложений) или бурением скважин для мест размещения. Глубина захоронения контейнеров с отходами ниже морского дна может изменяться для каждого из двух методов. В случае использования пенетраторов контейнеры с отходами могли бы помещаться в отложения на глубину около 50 метров. Пенетраторы, весящие несколько тонн, погружались бы в воду, получая достаточный импульс, чтобы внедриться в отложения. Ключевой аспект захоронения радиоактивных отходов в отложения морского дна заключается в том, что отходы изолированы от морского дна толщиной отложений. В 1986 году некоторое доверие этому методу обеспечили эксперименты, предпринятые на глубине воды около 250 метров в Средиземном море.
Эксперименты наглядно показали, что пути входа, созданные пенетраторами, были закрыты и вновь заполнены повторно взрыхленными отложениями примерно той же самой плотности, что и окружающие ненарушенные отложения.
Отходы также возможно помещать под морское дно с помощью бурового оборудования, которое используются на больших глубинах в течение приблизительно 30 лет. По этому методу упакованные отходы можно было бы помещать в скважины, просверленные на глубину 800 метров ниже морского дна, с расположением самого верхнего контейнера на глубине около 300 метров ниже морского дна.
Удаление в зоны подвижек
Зоны подвижек – это области, в которых одна более плотная плита земной коры перемещается ниже по направлению к другой, более легкой, плиты. Надвигание одной литосферной плиты на другую приводит к образованию разлома (желоба), возникающего на некотором расстоянии от морского берега, и вызывает землетрясения, происходящие в зоне наклонного контакта плит земной коры. Край доминирующей плиты сминается и вздымается, формируя цепь гор, параллельную разлому. Глубокие морские отложения соскабливаются с нисходящей плиты и встраиваются в смежные горы. Когда океанская плита опускается в горячую мантию, ее части могут начать плавиться. Так образуется магма, мигрирующая наверх, часть ее достигает поверхности земли в виде лавы, извергающейся из кратеров вулканов. Как показано на прилагаемой иллюстрации, идея для этого варианта состояла в том, чтобы захоранивать отходы в такой зоне разлома, чтобы потом они были увлекались вглубь земной коры.
Этот метод не разрешен международными соглашениями, так как он является формой захоронения в море.Хотя зоны подвижек плит имеются в ряде мест на поверхности Земли, географически число их очень ограничено. Никакая страна, производящая радиоактивные отходы, не вправе рассматривать вариант захоронения в глубокие морские желоба без поиска международно приемлемого решения этой проблемы. Впрочем, такой вариант не был нигде реализован, так как он является одной из форм захоронения РАО в море и поэтому не разрешен международными соглашениями.
Источник