a1.gif (1118 bytes)
a.gif (150 bytes) 1.gif (544 bytes)
  2.gif (445 bytes)
  3.gif (438 bytes)
  4.gif (570 bytes)
  5.gif (769 bytes)
  6.gif (515 bytes)
  7.gif (501 bytes)
  8.gif (450 bytes)

5.6. Проблема радиоактивных веществ в зоне отчуждения ЧАЭС
В зоне отчуждения ЧАЭС сосредоточены эксплуатационные радиоактивные отходы (РАО) 1-, 2- и 3-го энергоблоков, а также радиоактивные вещества, образовавшиеся в результате аварии 4-го энергоблока, находящиеся в рассеянном и концентрированном состоянии. Помимо этого, в связи с решением о снятии с эксплуатации реакторов ЧАЭС для приведения блоков в безопасное состояние встает проблема размещения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), для решения которой предлагается строительство нового хранилища (ХОЯТ-2). Обсуждается ряд альтернативных вариантов: строительство на территории зоны отчуждения ЧАЭС национального долговременного хранилища ОЯТ реакторов РБМК, вывоз ОЯТ ЧАЭС на завод "Маяк" (Россия), строительство международного долговременного хранилища ОЯТ в непосредственной близости от его окончательного захоронения.
Радиоактивные вещества, возникшие при аварии ЧАЭС после 1986 г., относятся к радиоактивным отходам. Однако они не являются регламентными продуктами технологической цепи, а представляют собой продукты прерванного в результате аварии ядерного технологического процесса. Поэтому по своему происхождению они не могут быть отнесены к понятию "отходы". Эти радиоактивные вещества частью рассеяны на большой территории, частью находятся в локализованном виде (объект "Укрытие", пункты временной локализации и захоронения), имеют в своем составе альфа-излучатели, обладают различным уровнем удельной активности и неопределенностью состава, в различной степени изолированы от окружающей среды, в большей или меньшей мере подвержены водной и воздушной миграции.
Одним из ориентиров в политике обращения с РАО зоны отчуждения могла бы стать классификация твердых отходов по их удельной активности. Согласно действующим "Нормам радиационной безопасности НРБ-76/87" радиоактивными считаются отходы в которых альфа-активность актинидов превышает 3,7·102Бк/кг. Технологии переработки отходов связаны с более детальной градацией по различным видам радиоактивности и, соответственно, определенными технологическими приемами. Рядом ведущих специалистов предлагается классификация твердых РАО (со ссылкой на нормы МАГАТЭ), в которой отходы низкой и средней активности разграничиваются величинами:
по трансурановым нуклидам - 3,7·105Бк/кг  по бета-излучателям - 3,7·106Бк/кг и по гамма-излучателям - 4,3·106Бк/кг.
Выбор стратегии минимизации радиоэкологического риска зависит от сравнительной оценки меры опасности, связанной с поверхностным загрязнением территории, с одной стороны, и пунктами захоронения и временной локализации радиоактивных отходов, - с другой. Предварительные оценки показывают, что радиоэкологический риск, связанный с ПВЛРО и ПЗРО (1,4-·1016Бк), и риск, обусловленный существующим поверхностным загрязнением (1·1016Бк), сравнимы по величине, что делает вопрос о целесообразности перезахоронения РАО без тщательных и взвешенных исследований различных вариантов их хранения дискуссионным.
В почвах зоны отчуждения, сохранившихся в естественном залегании, в результате нисходящей миграции центр запаса радионуклидов (горизонтальная плоскость, разделяющая активность радионуклида в почве на равные части) в настоящее время находится в пределах верхнего 5-сантиметрового слоя. К 1990 г. на половине территории зоны центр запаса находился в интервале 1,0 - 1,5 см, на 10 % площади - В интервале 2,0 - 2,5 см, и лишь на 0,4 % площади зоны его глубина превышала 3 см.
При снятии 5-сантиметрового слоя почвы в целях дезактивации образующиеся отходы имели бы альфа-активность от 37 до 2000 Бк/кг (табл. 1.5.6). При дезактивации территорий с загрязнением плутонием до 1 Ки/км2 отходы не относятся к радиоактивным, при большем загрязнении - низкоактивные отходы (НАО). Лишь при гипотетическом загрязнении плутонием до 100 Ки/км2образовались бы среднеактивные отходы (САО), требующие изоляции от окружающей среды. Отсюда следует вывод о нецелесообразности дезактивации почв зоны отчуждения путем снятия грунта.
Другая проблема радиоактивных веществ зоны связана с постоянным изменением во времени физико-химического состояния радионуклидов. Практически все виды РАО характеризуются наличием в их составе органических веществ и влаги, которые способствуют протеканию химических и биохимических процессов, приводящих к снижению устойчивости матрицы и переводу радионуклидов в мобильные формы. По данным полигонных наблюдений и изучения форм нахождения радионуклидов рассчитаны параметры процесса трансформации радионуклидов топливных частиц в мобильные формы в почвах и захоронениях (табл. 1.5.7). Период полувыведения радиостронция из частиц измеряется годами, а в среднем по зоне - около 7 лет.
Опыт исследования физико-химического состояния радионуклидов показывает, что темпы перехода137Cs в мобильное состояние в почвах и грунтах сопоставимы со скоростью выхода90Sr из частиц, но137Cs, изотопы плутония и другие нуклиды при этом относительно быстро переходят в иммобилизованные (фиксированные) формы. В результате различий темпов иммобилизации радионуклидов в почвах и грунтах90Sr в настоящее время находится преимущественно в мобильных формах, а другие нуклиды - в преимущественно иммобилизованных формах.
Таблица 1.5.6
Активность плутония в отходах при снятии 5-сантиметрового слоя почв

Рu, Ки/км2 Площадь ***, км2 Активность Рu Бк/кг Классификация отходов по НРБ и СПОРО-85-76/87
>0,1 от900    
  до 1800* 37  
>0,5 430 185  
> 1 195 370 НАО по НБР
       
>2 100** 740 - " -
>5 60** 1,85·103 - " -
100 - 3,7·105 САО по СПОРО-85

* Включая территорию за пределами 30-километровой зоны.
** Оценка из-за отсутствия данных по 5-километровой зоне.
*** Площади на основе карты ОРМОС НТЦ НПО "Припять".
Таблица 1.5.7
Параметры трансформация (k1/c)90Sr в PAO ПВЛРО в"Рыжий лес"

Индекс траншеи, n - количество образцов Глубина отбора, м Содержание подвижных форм, % k1/c
14, л = 4 0,9...2,4 З9...69,7 3,6·109
27, я = 4 1,5...2,7 52...62 4,2·109
31,n=7 0,6...2,7 44...70 3,8·109
19-Т,п= 4 1,5...2,4 39...54 2,5·109
Почвы зоны отчуждения - 40..80 (2...7)·109

Для топливных частиц одного интервала размеров проявляется влияние среды на их сохранность. В воздушно-сухом состоянии объектов по сравнению с почвенно-грунтовой средой скорость мобилизации радионуклидов диспергированного топлива на порядка два ниже, что позволяет предварительно прогнозировать состояние радионуклидов в сооружениях 4-го энергоблока. Однако и в этом случае топливо как матрица радионуклидов не является надежной в долговременном плане.
Согласно общепринятой концепции обращения с PAO, радионуклиды должны быть заключены в устойчивые матрицы, с последующим их контролируемым хранением в специально организованном региональном могильнике в течение не менее 10 периодов полураспада. Для гамма-, бета-излучателей (137Cs, 90Sr) это 300 лет, для альфа-излучателей (актинидов) - тысячи лет. Длительность потенциальной радиоэкологической опасности альфа-активных радионуклидов в составе топливосодержащих масс, образовавшихся в результате аварии на ЧАЭС, не соизмерима со временем устойчивости объектов, в которых они локализованы.
В зоне отчуждения зарегистрировано 24 пункта временной локализации PAO с объемом захоронений 1,1·106м3и суммарной активностью 1,4·1016Бк. ПВЛРО представлены траншеями и наземными буртами без гидроизоляции. Радионуклидный состав локализованных РАО в настоящее время определяется нуклидами цезия-134, -137, стронция-90, рутения-106, церия-144 и плутония.
Сложный и неоднородный состав захоронений PAO, общее количество которых превышает 800, литологически характеризуется невыдержанными в плане и по глубине слоями различных типов почв, древесины, перемешанных с аллювиальными песками. Часть ПВЛРО подвержена обводнению при подъеме уровня грунтовых вод.
Поучителен пример влияния контрмер на территории "рыжего леса" на переход радионуклидов в грунтовые воды. На могильнике в результате дезактивационных работ почвенный слой практически удален и вместе с содержавшейся в нем радиоактивностью перемещен в траншеи. Грунтовый водоносный горизонт представлен песками и песчаниками, залегает на глубине 0,3 - 5,3м, достигая кровли глинисто-мергельной толщи Киевской свиты на глубине 20 - 25м. Основное направление движения потока грунтовых вод на северо-восток.
Радиоактивность грунтовых вод в настоящее время определяется в основном90Sr, содержание которого локально превышает допустимые концентрации для населения в сотни раз. Источниками загрязнения являются поверхность грунта, PAO в захоронениях, влияние которых возросло в связи с подтоплением части захоронений.
Вымывание90Sr из обводненной части захоронений происходит в первую очередь за счет его мобильных форм, содержание которых определяется процессами трансформации диспергированного топлива в захоронениях. Например, в траншее №14  "Рыжий лес" к 1993 г. по вертикальному профилю содержание мобильных форм90Sr находится в пределах от 13 до 64 %90Sr с минимальным содержанием в нижней обводненной части и промежуточным - во временно обводнявшейся средней части траншеи. Судя по разности содержания мобильных форм90Sr в различных частях траншеи из обводненной части в грунтовые воды перешло около 15 %90Sr. По экспертным оценкам, образовавшийся поток по достижении разгрузки в речную систему может быть сопоставим с годовым стоком90Sr в р. Припять.
Содержание мобильных форм137Cs и плутония (табл. 1.5.8) на порядок ниже относительно90Sr и выноса этих нуклидов за пределы траншеи практически не наблюдается. Исходя из соотношения мобильных форм радионуклидов приближение выноса137Cs к масштабу выноса90Sr из захоронений можно ожидать через сотни лет, в течение которых благодаря естественному радиоактивному распаду его содержание будет падать по экспоненте до безопасных величин. За тот же период вынос плутония, поддерживаемый образованием комплексов с органическими лигандами, по имеющимся оценкам может привести к дозированному поступлению в речную систему части его, содержащейся в захоронениях "рыжего леса".
В зоне отчуждения ЧАЭС находятся в эксплуатации ряд ПЗРО, которые не отвечают требованиям, предъявляемым к сооружениям, предназначенным для долговременного хранения PAO.
ПЗРО "Комплексный" расположен на территории 3-й очереди ЧАЭС, выполнен из сборного железобетона с монолитным железобетонным основанием, заглубленным на 6 м от поверхности и находится на глиняной подушке размером 1 - 1,5м. В секциях могильника размещено 11500 контейнеров с твердыми радиоактивными отходами (ТРО). Предназначен для захоронения НАО и САО с мощностью экспозиционной дозы (МЭД) менее 1 Р/ч. В настоящее время в ПЗРО захоронено около 360000 м3 ТРО. Захороненные РАО имеют суммарную активность 1,3·1015 Бк (средняя удельная активность составляет 1,48·107Бк/кг.
Таблица 1.5.8
Содержание водорастворимой*, ионной и коллоидной форм плутония в грунтах ПВЛРО "Рыжий лес "

Образец Общее содержание, Бк/кг Форма плутония
Водорастворимая Ионная Коллоидная
Бк/кг % Бк/кг % Бк/кг %
31 - 10 2,85·104 218 3,22 54 0,19 140 0,49
27-08 1,29·104 181 1,4 32 0,25 150 1,16
38-06 2,27·103 15 0,66 6,7 0,3 8,3 0,36
14 -04 1,01·104 120 1,19 49 0,49 71 0,7
43 -03 1,48·104 6,1 0,41 2,0 0,14 4,1 0,27
62 -05 2,69·103 18,8 0,7 3,2 0,12 16 0,58

* Условно растворимые формы (фильтрат через "синюю ленту").
ПЗРО "Подлесный" модульного типа, размещен на расстоянии 1,5 км от ЧАЭС, рассчитан на захоронение 5Ч106м3высокоактивных отходов (ВАО) с МЭД до 250 Р/ч. Захоронение ВАО проводилось как в металлических контейнерах, так и отдельными элементами, навалом.
ПЗРО "Бураковка" траншейного типа, размещен в 12 км от ЧАЭС. Хранилище имеет 30 траншей. Гидроизоляция выполнена уплотненной глиной. Захоронено 2·105м- РАО суммарной активностью 5,5Ч1014Бк. Используется для захоронения НАО и САО (МЭД до 1 Р/ч).
Усредненная удельная активность в пяти основных захоронениях не превышает 8,4·107Бк/кг137Cs,3,4·107Бк/кг90Sr, 8,4·105Бк/кг Рu, в остальных - на порядок меньше. По предлагаемой классификации эти отходы относятся к низкоактивным (табл. 1.5.9), кроме ПЗРО "Подлесный" и "Комплексный". Однако известно, что в ПЗРО "Комплексный", "Подлесный", "Бураковка" не исключена возможность наличичия фрагментов высокоактивных материалов, которые могут в дальнейшем представлять опасность, но они могут быть выделены лишь в случае сортировки, поскольку в различной степени разбавлены менее активным или инертным материалом, и, как отмечено, по усредненной удельной активности не могут быть отнесены к категории отходов, подлежащих перезахоронению.
Отсюда следует необходимость в разработке нормативных актов, которые могли бы служить основанием для классификации твердых РАО и принятия обоснованных решений.
Как правило, с целью повышения надежности локализации РАО необходимо проведение работ по созданию дополнительных инженерных защитных барьеров на опасных участках (водоотводов, гидроизоляции, дренажа и т.п.) В то же время вопрос о перезахоронении каждого отдельного ПВЛРО должен решаться по результатам тщательного исследования его состояния и оценки радиоэкологического влияния на окружающую среду, т.к. перезахоронение РАО не снижает риск в масштабе времени распада альфа-активных радионуклидов и не повышает безопасность населения в настоящее время, когда радионуклиды после работ по ЛПА уже локализованы внутри данных объектов.
Таблица 1..5..9
Удельная активность137Cs,90Sr и плутония в пунктах захоронения и локализации радиоактивных отходов, Бк/кг

Захоронение 137Cs 90Sr Рu
ПВЛРО "Стройбаза" 6,3·105 2,55·105 1,27·104
ПВЛРО "Рыжий лес" 1,37·105 1,2·105 2,59·102
ПВЛРО "ст.Янов" 2,7·105 2,3·105 4,9·103
ПЗРО "Комплексный" 1,05·107 4,2·105 1,05·105
ПЗРО "Подлесный" 8,4·105 3,4·107 8,4·105
ПЗРО "Буряковка" 5,1·105 2·105 5,1·103
Всего в ПВЛРО 4,9·105 3,2·105 2,7·103
Всего в ПЗРО 4,4·105 9,9·105 2,5·104

Перезахоронение наиболее радиоэкологически опасных ПЗРО потребует выполнения комплекса работ по вскрытию поверхностного слоя хранилища, загрузке в контейнеры захороненных отходов и их транспортированию к новому месту захоронения. Следует иметь в виду радиационно-химическое воздействие на строительные материалы, не предназначенные для долговременной эксплуатации в подобных условиях, что приведет к значительному сокращению срока службы сооружений. Проблема долговечности инженерных барьеров усугубляется тем, что геологические условия зоны отчуждения ЧАЭС не позволяют выполнить долговременное, геологически устойчивое захоронение отходов, а перемещение образовавшихся и образующихся РАО за зону отселения в настоящее время не предусматривается. В качестве реального варианта может рассматриваться только приповерхностное хранилище РАО модульного типа.
Создание нового хранилища РАО в зоне отчуждения ЧАЭС требует достаточно длительных изыскательских, проектных и строительных работ. Для выбора конструкции контейнера (упаковки) для захораниваемых РАО необходимо знать радионуклидный состав извлекаемых отходов, иметь технологию загрузки их в контейнер (упаковку) и организацию транспортирования по территории зоны. Существующие правила транспортирования радиоактивных веществ требуют либо ограничения активности перевозимых веществ до предельно допустимой, либо перевозки в транспортном контейнере, гарантирующем защиту от излучения и исключающем потерю или рассеяние при возможных авариях во время перевозки.
Контейнеризация в настоящее время рассматривается в качестве метода кондиционирования (подготовки) отходов и одного из важнейших этапов общей схемы обращения с РАО.
Сложный состав и разнообразные свойства РАО зоны отчуждения, их неоднородность не позволяют разработать единый универсальный метод обращения с РАО, удовлетворяющий всем экологическим, технологическим и экономическим критериям. Для учета особенностей отдельных категорий РАО необходима разработка комплекса технологических приемов: прессование, сжигание, дезактивация, захоронение без переработки. Указанные выше задачи нашли свое отражение в проектировании и начале строительства сооружений первой очереди комплекса производств по переработке РАО - комплекса "Вектор".
Основными задачами при обращении с РАО являются уменьшение объема отходов, подлежащих длительному хранению и захоронению, надежная фиксация радионуклидов путем включения отходов в устойчивую матрицу или контейнер и последующее безопасное длительное хранение или захоронение кондиционированных отходов.
С учетом отмеченных особенностей и поставленных задач общая схема обращения с радиоактивными отходами в зоне отчуждения ЧАЭС, предлагаемая НПО "Коро", МНТИ "Укрытие" и ОРОСИГМР, включает в себя: радиометрический контроль ПВЛРО, подлежащих перезахоронению; вскрытие ПВЛРО и извлечение РАО; контроль и сортировка извлекаемых материалов по физико-химическим свойствам и радиоактивной загрязненности; кондиционирование РАО, включающее их переработку и контейнеризацию; транспортирование контейнеров с отходами на площадку временного хранения (ХОЯТ-2 ЧАЭС); временное хранение контейнеров с РАО.
Комплекс "Вектор" включает стационарные и мобильные установки по переработке ТРО, дезактивации металлоотходов и хранилища кондиционированных РАО. В состав стационарных производств должны войти печи сжигания ТРО и биологических отходов; установка суперпрессования ТРО, помещение РАО в 200-литровые металлические бочки; установка цементирования зольных остатков и вторичных жидких отходов.
Что касается радиоактивных отходов зоны, то по предложению ученых-специалистов, работавших над концепцией обращения с РАО (руководитель - академик Э.В.Соботович), решение этой проблемы видится в следующем.
1. Высокоактивные отходы, извлекаемые из объекта "Укрытие" и ПЗРО, необходимо разделять на ядерноопасные (топливосодержащие) и ядернобезопасные, с разработкой соответствующих технологий их последующего хранения.
2. Отработавшее ядерное топливо ЧАЭС подлежит временному хранению в ХОЯТ-2.
3. Высокоактивные отходы, включая и топливосодержащие, после извлечения и контроля направляются на контейнеризацию.
4. Пеналы, упаковки и контейнеры с высокоактивными отходами (ВАО) могут храниться в поверхностных хранилищах, оснащенных системами контроля, грузоподъемными механизмами и т.д.
5. ВАО, находящиеся в неконтролируемых ПЗРО зоны, подлежат сортировке, контейнеризации, контролируемому хранению и изучению.
Окончательное захоронение ВАО должно осуществляться в условиях, обеспечивающих надежную изоляцию отходов от биосферы в течении тысяч лет.
Для реализации этих предложений необходимо создать дополнительное хранилище облученного ядерного топлива 1-го - 3-го энергоблоков ЧАЭС, комплекс по сортировке и контейнеризации извлекаемых ВАО при проведении работ по выводу ЧАЭС из эксплуатации и переводу объекта "Укрытие" в экологически безопасное состояние. Также необходимо сооружение временных хранилищ концентрированных ВАО и создание технических средств ведения работ по их дистанционному удалению.
Для переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) необходима разработка и применение методов очистки больших количеств низкоактивной воды. Они могут включать такие процессы, как переработка среднеактивных растворов и пульп, хранящихся в емкостях ЧАЭС, переработка донных отложений, процесс отверждения концентратов ЖРО и пульп.
В рамках разработанного проекта комплекса производств "Вектор" предусматривается хранение РАО в бетонных контейнерах, допускающее детальный контроль объектов хранения, возможность периодической их ревизии в процессе хранения, переработки или перезахоронения. Перевозка РАО в пределах зоны отчуждения должна производиться в бетонных контейнерах, на специально подготовленных транспортных средствах, обеспечивающих необходимый уровень безопасности. Использование невозвратных бетонных контейнеров позволяет упростить решения на всех этапах обращения с РАО, исключить операции по перегрузкам отходов, обеспечить их целостность и защиту персонала.
Таким образом, обращение с РАО в зоне отчуждения является ключевым звеном в проблеме зоны, поскольку именно оно определяет весь комплекс сложных вопросов радиоэкологического обоснования и инженерно-технического обеспечения перезахоронения, связанных с вынужденным вскрытием ПВЛРО, извлечением РАО, контейнеризацией, транспортированием и захоронением. При этом перезахоронение РАО из ПВЛРО должно быть научно обосновано и предполагать обязательную последующую переработку.
Выводы
1. Технически трудности локализации и захоронения радиоактивных веществ - продуктов дезактивации ближней зоны ЧАЭС в 1986 - 1987 гг. - были сопряжены с тем, что наряду с проблемами РАО действующих блоков ЧАЭС возникли непредвиденные проблемы с отходами дезактивации территории и сооружений зоны.
2. Опасность загрязнения грунтовых вод радионуклидами, локализованными в ПЗРО и ПВЛРО, в настоящее время соизмерима с таковой за счет поверхностного загрязнения территории зоны. Исключение составляют обводненные захоронения, в которых наблюдается опережающий вынос^Sr.Физико-химическое состояние радионуклидов в захоронениях и сорбционная емкость среды в захоронениях позволяют сделать предположение о нецелесообразности тотального перезахоронения.
3. Радиоактивные вещества, локализованные в могильниках, можно классифицировать по средней удельной активности как низкоактивные отходы, за исключением ПЗРО "Подлесный" и "Комплексный". Однако, неоднородность материала захоронений и обстановка дезактивации не исключают возможность неконтролируемого нахождения в могильниках фрагментов ТВЭЛов, что представляет потенциальную опасность для будущих поколений, особенно при определенной вероятности вскрытия захоронений в результате природных явлений или технических просчетов.
4. Для реализации перезахоронения следует признать целесообразным вскрытие наиболее радиологически опасных захоронений с последующей обработкой материала по технологии "Вектор".

ДАЛЕЕ

up.gif (200 bytes) m.gif (2186 bytes)up.gif (200 bytes)