Перейти к записям
Мар 22 / Владимир Кузнецов

Применение природных глинистых материалов для повышения уровня ядерной и радиационной безопасности объектов ядерного наследия

http://www.atomic-energy.ru/technology/89471

В статье рассмотрены вопросы, связанные с изучением состава, строения и свойств глинистых минералов как компонентов инженерных барьеров безопасности при изоляции объектов ядерного наследия, которые могут лечь в основу Программы по разработке и созданию композиций глинистых материалов для обеспечения безопасности различных объектов использования атомной энергии.

Введение

Широкий диапазон полезных свойств глин и глинистых материалов известен достаточно давно, чем и объясняется масштабный объем их добычи и различные области применения. Также хорошо известно, что игнорирование многочисленных особенностей глинистых материалов, связанных со свойствами сырья и способами их обработки, неизбежно обрекает на недоиспользование высокого потенциала этих материалов или на еще более проблемные ситуации.

Так, эффект недоизученности свойств глинистых материалов в совокупности с игнорированием технологий обработки и производства барьерных систем в полной мере проявился на объектах ядерного наследия и в целом ряде экологических мероприятий по ликвидации аварий на предприятиях атомной отрасли. Наиболее интенсивным стало применение глинистых материалов после аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Тогда в ходе проведения работ по ликвидации последствий в кратчайшие сроки были осуществлены мероприятия по защите источников водоснабжения и поверхностных вод от радиоактивного загрязнения, в частности р. Днепр. В рамках водоохранных мероприятий были сооружены фильтрующие завесы как барьеры для связывания радионуклидов и предотвращения их миграции в открытую гидрографическую сеть. К сожалению, применение глинистых материалов не дало ожидаемого эффекта, а в ряде случаев привело к неблагоприятным экологическим последствиям в виде подтопления территорий близлежащих лесов [1].

Что касается объектов ядерного наследия, в конструкции которых проектом на сооружение было предусмотрено применение глинистых материалов в качестве барьерных, следует выделить ситуацию с водоемом-хранилищем Б-25 АО «СХК». По результатам обследования водоема в 2003 году было выявлено, что целостность противофильтрационного экрана нарушена. Такая ситуация потребовала проведения мероприятий по разработке и внедрению дополнительных мер для предотвращения миграции радионуклидов из хранилища радиоактивных отходов (РАО).

Тем не менее успешный зарубежный опыт (США, Франция, Швеция) демонстрирует широкие возможности применения глинистых материалов как для реализации проектов по выводу из эксплуатации объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) [2, 3], так и при сооружении пунктов хранения/захоронения РАО.

Применение глин и глинистых материалов

Глины в качестве материала инженерных барьеров играют важную роль в обеспечении безопасности ОИАЭ и могут быть использованы для:

  • создания противомиграционных барьеров безопасности с заданными высокими сорбционными и низкими фильтрационными свойствами при консервации объектов ядерного наследия;
  • создания барьеров при выводе из эксплуатации ОИАЭ по варианту «захоронение на месте»;
  • консервации ячеек захоронения РАО (отсеков, камер, секций), подъездных тоннелей и других вспомогательных помещений, создания герметичных перегородок;
  • кондиционирования РАО в качестве матричного материала;
  • создания барьеров безопасности на планируемых к сооружению объектах приповерхностного и глубинного захоронения РАО.

Использование глинистых материалов в качестве компонентов инженерных барьеров в пунктах захоронения/хранения позволяет обеспечить следующее:

  • ограничить доступ подземных вод к РАО;
  • создать условия, при которых массообмен между отходами и подземными водами возможен лишь посредством диффузии;
  • обеспечить эффективную сорбцию радионуклидов при вероятной разгерметизации контейнеров (канистр, бочек и т. д.) с отходами;
  • запечатать открытые трещины и крупные поры в горных породах за счет высокой набухаемости.

Указанные выше свойства глинистых материалов обуславливают их широкое применение в качестве компонентов барьерных систем при проведении работ по повышению уровня безопасности объектов ядерного наследия. Первоначально при разработке федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и напериод до 2015 года» (далее — ФЦП ЯРБ), планировалось проведение работ с применением глинистых материалов приблизительно на 40 объектах. Однако ввиду низкой степени готовности проектных материалов пришлось отказаться от выполнения целого ряда мероприятий. Тем не менее был выполнен большой объем работ, в рамках которых вопрос о применении глинистых материалов решался более выверено, с существенно большим научным обоснованием, чем ранее. К таким работам стоит отнести мероприятия по выводу из эксплуатации водоемов-хранилищ ЖРО и промышленных реакторов, начатые еще в 90-е годы прошлого века. Наиболее показательным стало проведение мероприятий на объектах АО «СХК» и АО «ОДЦ УГР», в рамках которых был реализован большой комплекс НИОКР с привлечением различных специализированных организаций.

Итак, опыт последних лет по повышению уровня радиационной безопасности ОИАЭ показал перспективность применения глинистых материалов в различном качестве как компонентов инженерных барьерных систем. При этом технология сооружения и состав материалов инженерных барьеров должны выбираться с учетом класса и типа РАО, конструкции и геометрии объекта, а также геологических и гидрогеологических условий их локализации.

Масштабное проведение работ по обеспечению долгосрочной безопасности ОИАЭ требует разработки системы защитных инженерных барьеров для предотвращения поступления радионуклидов в окружающую среду. Барьерные системы должны обладать необходимыми свойствами, чтобы обеспечить безопасное и надежное длительное хранение РАО, и при этом все компоненты барьерной системы также должны сохранять стабильность в течение всего времени эксплуатации……..

Заключение

Таким образом, исходя из вышесказанного, в настоящее время крайне актуально составить Программу по разработке и созданию композиций глинистых материалов для обеспечения безопасности различных ОИАЭ. Если десять лет назад постановка задачи о разработке отраслевой программы по глинистым материалам представлялась преждевременной, то сегодня она стоит особенно остро и может быть реализована в контексте решения проблемы обращения с РАО. В основу такой программы должны лечь:

  • ​идентификация существующих ОИАЭ, требующих применения глинистых материалов;
  • инвентаризация потенциальных объектов применения;
  • анализ опыта реализации мероприятий;
  • планы развития системы захоронения ФГУП «НО РАО» и неизбежность развертывания систем захоронения ОНРАО непосредственно на промышленных площадках предприятий;
  • разработка требований к показателям свойств материалов в зависимости от их назначения и условий применения;
  • разработка новых высокотехнологичных глинистых материалов совместно с производственными компаниями;
  • оценка имеющихся ресурсов глинистого сырья и планы других отраслей промышленности и народного хозяйства, в том числе по обращению с высокотоксичными химическими и бытовыми отходами;
  • анализ состава и свойств глинистых материалов и различных композиций на их основе, отражающих сорбционные, фильтрационные, диффузионные, миграционные, коллоидные и другие показатели, необходимые для оценки потенциального использования на ОИАЭ;
  • анализ критических условий и заданных свойств глинистых материалов, которые позволяют обеспечивать безопасность радиационно опасных объектов;
  • разработка необходимого комплекта отраслевых стандартов и, если потребуется, руководств по безопасности.

Программа по изучению глинистых материалов для повышения уровня безопасности ОИАЭ должна, как представляется на сегодняшний день, состоять из нескольких этапов и включать следующие направления исследований:

  1. Оценка всего накопленного опыта применения глинистых материалов при строительстве и реализации экологических проектов.
  2. Анализ состава и свойств глинистого сырья, доступного в Российской Федерации. В первую очередь должны исследоваться состав и основные свойства глин (фильтрационные, диффузионные, сорбционные, коллоидные и т. д.).
  3. Исследование фундаментальных свойств глинистых материалов: поведение при сорбции катионов и анионов, давление набухания, процессы фильтрации и диффузии, устойчивость к воздействию агрессивных сред.
  4. Исследование поведения радионуклидов в природных глинах и композициях: вопросы сорбции/десорбции, миграции радионуклидов, влияние состава и количества примесей на механизмы и параметры сорбции отдельных радионуклидов, особенности коллоидообразования различных глинистых материалов и его влияние на миграцию радионуклидов.
  5. Разработка ключевых параметров структуры и свойств глинистых материалов, обеспечивающих их использование в качестве того или иного барьерного материала.
  6. Экспериментальное и расчетное моделирование взаимодействия глинистых материалов и других материалов барьеров ОИАЭ: взаимодействие с бетонами, цементами, сталью и пр. в условиях, близких к хранилищу/захоронению с учетом pH-Eh среды, температуры, давления и т. д.
  7. Создание реестра природных глинистых материалов для дальнейшей разработки различных композиций на их основе.
  8. Разработка композиций глинистых материалов с заданными свойствами. Разработка методических рекомендаций для проектных организацией с созданием технических условий по композициям глинистых материалов.
  9. Создание экспертного совета для независимой оценки свойств глинистых композиций до и после применения в проектах по изоляции РАО.                  Эту информацию считаю полезной как для технических специалистов ИАЭС, так и для политического руководства Литвы.  С уважением, Владимир Кузнецов

0
Написать нам

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: