Создание первоочередных объектов окончательной изоляции ВАО на Горно-химическом комбинате

Подземные сооружения и скважины подземной исследовательской лаборатории

Программа развития атомной отрасли Российской Федерации нацелена на обеспечение расширенного воспроизводства продукции атомной энергетики, что подразумевает ввод новых энергоблоков АЭС с последующей масштабной переработкой образующегося отработавшего ядерного топлива и возвратом в топливный цикл регенерированных ядерных материалов. С этой целью Стратегией развития Госкорпорации «Росатом» предусматривается создание инфраструктуры для замыкания ядерного топливного цикла (ЯТЦ), что обеспечит перевод атомной энергетики в разряд возобновляемых энерготехнологий. Основным объектом замыкания ЯТЦ в создаваемой структуре является Горно-химический комбинат.

Рассматривая атомную энергетику как систему, все элементы которой согласованы и органичны для такого целостного образования, как биосфера Земли, нельзя оставлять без внимания тему дальнейшего обращения с кондиционированными радиоактивными отходами, которые необходимо надежно изолировать от окружающей среды на срок, превышающий период их естественного полного распада.

На настоящий момент действующих объектов окончательной изоляции кондиционированных ВАО не существует. Тем не менее, все страны, использующие ядерную энергию, признали необходимость безопасных современных хранилищ радиоактивных отходов; работы в данном направлении достаточно успешно ведутся во Франции, Бельгии, Канаде, Швеции, Швейцарии, США. Размещение в подземных сооружениях глубокого заложения во всем мире рассматривается как наиболее предпочтительный и безопасный способ изоляции отвержденных РАО от биосферы. Такие сооружения должны располагаться в устойчивых, слабопроницаемых геологических формациях, обладающих достаточной стабильностью в течение периода времени, необходимого для полного естественного распада радиоактивных отходов.

Строительству глубоких геологических хранилищ размещения РАО, как правило, предшествует строительство подземных исследовательских лабораторий, расположенных на глубине от нескольких сотен метров до одного километра с целью проведения исследовательских и технологических работ для подтверждения пригодности геологических и гидрогеологических условий выбранной площадки требованиям подземной изоляции РАО. В результате выбора перспективных площадок, такие исследовательские лаборатории действуют в США, Бельгии, Канаде, Финляндии, Германии, Швеции и других странах.

ГХК: «Декларация о намерениях» строительства объекта окончательной изоляции

На Горно-химическом комбинате исследования по выбору перспективной площадки для создания объекта окончательной подземной изоляции РАО проводятся с начала 1990-х годов, когда здесь сооружался завод по переработке ОЯТ реакторных установок ВВЭР-1000, при участии специалистов институтов Госкорпорации «Росатом», Российской академии наук, геологических организаций Красноярского края. На основании предпроектных исследований был определен предполагаемый участок, расположенный на территории Нижнеканского гранитоидного массива, на расстоянии около 4 км от площадки ГХК.

В 2008 году была разработана «Декларация о намерениях» строительства первоочередных объектов окончательной изоляции радиоактивных отходов в глубоких геологических формациях на территории Нижнеканского массива Красноярского края. Ее разработке предшествовал комплекс геологических исследований для обоснования предварительной оценки экологической безопасности окончательной изоляции долгоживущих РАО.

В основе создания объекта изоляции лежит принцип глубокоэшелонированной системы инженерных и природных барьеров. К инженерным барьерам относятся матрица РАО (цемент для САО, стекло для ВАО), упаковка РАО из коррозионно-стойкого материала, гидроизолирующий материал (цементно-бентонитовая смесь) и инженерные конструкции хранилища, к природным – горные породы, вмещающие хранилище. Для высокоактивных отходов дополнительно предусматривается помещение упаковки в герметичный пенал, который затем загружается в подготовленную облицованную скважину.

Сегодня на ГХК ведутся активные работы по созданию комплекса производств для реализации замкнутого ядерного топливного цикла. В рамках федеральных целевых программ на предприятии строятся воздухоохлаждаемое хранилище ОЯТ энергетических реакторов, промышленное производство МОКС-топлива для реакторов на быстрых нейтронах типа БН-800 и опытно-демонстрационный центр по переработке ОЯТ на основе инновационных технологий (ОДЦ). Такой центр создается для получения исходных данных для проектирования крупномасштабного завода нового поколения по переработке ОЯТ энергетических реакторов. В результате работы завода будут получаться регенерированные ценные компоненты для возврата в топливный цикл, а отходы переработки будут минимизированы и кондиционированы до компактной твердой формы, пригодной для долговременного контролируемого хранения. К моменту начала работы завода необходимо решить проблему надежной изоляции среднеактивных и высокоактивных отходов, содержащих долгоживущие радиоактивные элементы.

Подземная исследовательская лаборатория

Для подтверждения и научного обоснования соответствия геолого-гидродинами ческих условий выбранной площадки требованиям безопасности подземной изоляции отвержденных РАО на площадке Нижнеканского массива предполагается создание подземной исследовательской лаборатории.
Лабораторию предполагается разместить на глубине около 500 м от поверхности на площади около 1 км2. Ее конструкция представляет собой комплекс горных выработок, включающий в себя камеры для размещения контейнеров с РАО, горизонтальные и вертикальные выработки для вентиляции, транспортировки грузов и оборудования, а также камеры вспомогательного назначения.

Пустоты в камерах захоронения РАО после установки контейнеров предусматривается заполнять твердеющей закладкой на основе цементно-бентонитовой смеси.
Вертикальные выработки внутренним диаметром 6 м и глубиной 508 м будут оборудоваться устройствами для спуска и подъема людей и грузов в период разведочных работ, строительства и эксплуатации лаборатории.

Для отработки в натурных условиях технических решений по строительству и эксплуатации объекта в существующих сооружениях подгорной части Горно-химического комбината в ближайшие годы планируется создать филиал подземной лаборатории. Кроме того, целесообразно использовать существующие подземные сооружения ФГУП «ГХК» и рассматривать их в качестве первой очереди подземной лаборатории для выполнения некоторых специальных исследований, таких как отработка технологий создания системы инженерных барьеров и глубинного захоронения.

С помощью исследований в подземной лаборатории необходимо решить комплекс задач. К ним относятся:

• изучение геологических, гидрогеологических, геохимических, структурных и петрофизических свойств вмещающих пород, их реакции на механическое воздействие;
• определение параметров, необходимых для оценки безопасности места окончательной изоляции РАО;
• испытание инженерных материалов и способов проходки горных выработок, которые могут быть использованы при сооружении подземного хранилища;
• проверка концептуальных и численных моделей, которые используются для оценки эволюции всей многобарьерной системы защиты хранилища или его отдельных частей;
• разработка и испытания оборудования, техники, отработка технических решений по конструкции подземного хранилища, сооружению инженерных барьеров, размещению в нем отходов, консервации;
• демонстрация в полном или уменьшенном масштабе, реальных или искусственно созданных условиях возможности создания долговременного хранилища РАО и проведения в нем различных операций на всех этапах строительства и эксплуатации объекта.

Результаты исследования горного массива

Геологические условия размещения лаборатории значительно влияют на комплекс исследований, методику их проведения, относительную важность того или иного параметра для оценки безопасности места окончательной изоляции.

В настоящее время проводятся инженерно-геологические и экологические исследования для обоснования размещения лаборатории. В их рамках выполнено изучение массива горных пород с использованием семи геологоразведочных скважин глубиной 600-700 м и четырех скважин глубиной 200 м.

По предварительным оценкам результатов предпроектных работ показано, что массив на перспективном участке обладает свойствами, благоприятными для размещения подземной исследовательской лаборатории и изучения вопросов безопасной изоляции РАО, содержащих долгоживущие радионуклиды, а именно:

• площадка находится в районе с низкой сейсмической и вулканической активностью, активной промышленной деятельностью или в пределах месторождений полезных ископаемых;
• район размещения площадки характеризуется отсутствием интенсивных тектонических движений; вмещающий скальный массив не содержит водоносных горизонтов, линз подземных вод или трещиноватых зон, по которым возможны водопритоки в горные выработки и их затопление, обладает низкими коэффициентами фильтрации;
• вмещающие породы на глубине создания объекта характеризуются прочностью, однородностью структуры и низкой трещиноватостью;
• размеры площадки достаточны для размещения всех необходимых сооружений, предназначенных для обращения с РАО.

Данные результаты в составе отчета о геологических исследованиях были направлены на экспертизу в Государственную комиссию по запасам полезных ископаемых Роснедра. По результатам экспертизы признано, что по геологическим, гидрогеологическим, тектоническим и сейсмическим условиям исследуемый участок является перспективным для дальнейшего изучения с целью обоснования его пригодности для изоляции радиоактивных отходов в интервале глубин 450-550 м.

Дальнейшая разработка и создание объекта изоляции кондиционированных РАО позволит кардинально решить вопрос окончательного технически надежного и экономически приемлемого удаления опасных радионуклидов, реализовав таким образом замкнутую структуру ядерного топливного цикла и обеспечив экологическую безопасность человека и биосферы.

Авторы

Ю.А. Ревенко, к.т.н., Д.В. Друзь, В.Н. Медведев, к.т.н. (ФГУП «ГХК»)