CC BY
5УДК 621.039.7:623.4.017
А.В. Гуськов
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛИГОНОВ СПЕЦКОМБИНАТОВ «РАДОН»
ГУП МосНПО «Радон», Москва
Описан общий методологический подход к использованию оценки безопасности для обоснования продления срока эксплуатации территории размещения приповерхностных хранилищ спецкомбинатов «Радон», приведены результаты опробования разработанного подхода на примере научно-производственного комплекса ГУП МосНПО «Радон».
Ключевые слова: спецкомбинат (СК) «Радон», приповерхностные хранилища, радиоактивные отходы (РАО), срок эксплуатации.
A.V. Gous'kov. Methodic approach to evaluating possible prolongation of length of service for special complexes "Radon" landfills. The article covers general méthodologie approach to using safety evaluation for justifying longer length of service for special complexes "Radon" landfills. The authors present results of the specified approach approbation exemplified by Research-Industrial complex "Radon".
Key words: special complexes "Radon", near-surface depots, radioactive waste, length of service.
Любая деятельность, предполагающая прямую или потенциальную возможность облучения персонала, населения или объектов окружающей среды, требует применения мер по контролю и защите от облучения. Принимаемые меры должны соответствовать ожидаемому риску. При долговременном хранении и захоронении радиоактивных отходов (РАО) безопасность контролируется с помощью средств мониторинга и определяется на основе анализа результатов оценки безопасности, в том числе прогнозных расчетов миграции радионуклидов. Одно лишь точное следование проекту при сооружении и эксплуатации хранилища не может гарантировать его безопасность, поскольку со временем меняется сам объект, в том числе, состав и активность отходов, состояние инженерных и природных барьеров, пересматриваются требования и критерии безопасности.
Приповерхностные хранилища специализированных предприятий системы «Радон» были спроектированы и сооружены в конце 50-х— начале 60-х гг. как сооружения для окончательного захоронения РАО низкого и среднего уровня активности, образующихся на предприятиях и в учреждениях, не имеющих отношения к ядерно-топливному циклу и оборонным программам. При этом объем и активность отходов, размещенных на спецкомбинатах, в большинстве
случаев превысили первоначальные проектные величины, что вызвало в середине 80-х гг. необходимость реконструкции площадок, проектирования и строительства новых приповерхностных сооружений для захоронения отходов. Большая часть новых емкостей к настоящему времени тоже заполнена отходами.
На рубеже веков захоронение РАО в приповерхностные сооружения было прекращено в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ. Выданные специализированным предприятиям лицензии и временные разрешения предусматривают хранение отходов (наряду со сбором, транспортированием, переработкой и некоторыми другими видами деятельности), что является лишь промежуточной стадией обращения с РАО и предполагает их последующее окончательное захоронение либо освобождение от регулирующего контроля, а также вывод из эксплуатации самих хранилищ и утилизацию образовавшихся при этом отходов.
Учитывая активность и период полураспада отходов, разрешенных для размещения в приповерхностные хранилища СК «Радон», период их хранения до снижения активности за счет естественного распада до уровня освобождения от контроля измеряется сотнями лет. Проектный срок эксплуатации хранилищ, как правило, составляет всего 30—50 лет, что в несколько
раз меньше указанного времени, а потому требует дополнительных мер по оценке и контролю безопасности действующих полигонов.
За время эксплуатации большинство региональных спецкомбинатов продемонстрировало свою практическую безопасность для проживающего вблизи их площадок населения и окружающей среды. Вместе с тем за многие годы инженерные барьеры приповерхностных сооружений эволюционировали, под влиянием деятельности человека изменились гидрогеологические условия, запас прочности инженерных и природного барьеров, а значит и безопасность самих хранилищ требует проверки и подтверждения.
Вместе с тем единственным решением в настоящее время является продолжение эксплуатации действующих предприятий и хранилищ, а в некоторых случаях их расширение за счет строительства в рамках отведенных территорий новых сооружений, отвечающих современным требованиям, и реконструкция старых хранилищ при обязательном гарантировании безопасности для персонала, населения и окружающей среды.
Цель данной работы — разработка и опробование методологического подхода к оценке возможности продления срока эксплуатации полигонов спецкомбинатов «Радон» на примере НПК ГУП МосНПО «Радон».
Для достижения данной цели необходимо решение следующих задач:
— оценить существующее радиационное загрязнение и возможную миграцию радионуклидов из хранилищ РАО за период продления;
— оценить воздействие радиационного загрязнения промплощадки спецкомбината «Радон» на окружающую среду и население в настоящее время и на период продления срока эксплуатации.
М е т о д и к и. Для оценки текущей безопасности действующей площадки СК «Радон», в первую очередь, используют результаты радиационного мониторинга персонала и объектов окружающей среды в зоне возможного загрязнения, в «чистой зоне» предприятия, его санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения. На основании действующих регламентов на операции по обращению с РАО оценивают максимально возможное радиационное воздействие при аварийных ситуациях, а при возникновении возможности загрязнения грунтовых вод выполняют прогнозную оценку миграции радионуклидов и оценивают возможные последствия.
При оценке радиационного воздействия на персонал данные радиационного контроля про-
веряют на соответствие действующим на предприятии регламентам на выполнение отдельных видов работ.
Если текущее состояние площадки не является безопасным, то рассматривают возможные корректирующие действия, способные перевести систему в безопасное состояние. В этом случае при оценке воздействия предприятия на персонал, население и окружающую среду на период продления срока эксплуатации рассматривают уже модифицированную систему изоляции РАО.
Основным инструментом решения задачи оценки воздействия промплощадки спецкомбината «Радон» на человека и окружающую среду в период продления срока их эксплуатации является оценка радиационной безопасности, выполняемая на основе прогнозных расчетов. При этом принимают во внимание увеличение расчетной активности РАО с учетом годового поступления отходов и естественного распада, изменение состояния естественного и инженерных барьеров и выполняют прогнозные расчеты миграции радионуклидов и их воздействия на человека и окружающую среду.
В случае, если прогнозная оценка безопасности на период продления срока эксплуатации не дает положительного результата, определяют причины и наиболее критичные компоненты системы, разрабатывают целенаправленные корректирующие действия и оценивают их эффективность. При рассмотрении нескольких вариантов корректирующих воздействий результаты оценки безопасности каждого варианта используют для сопоставления их эффективности с точки зрения повышения радиационной защиты.
Рассмотрение вопроса о возможности продления срока эксплуатации площадок спецкомбинатов «Радон» подразумевает качественное или количественное сопоставление фактических или расчетных значений ряда параметров с установленными критериями, которые можно разделить на две группы:
1. Критерии, соответствие которым определяется экспериментальным путем.
2. Критерии, соответствие которым определяется расчетным путем.
К первой группе относятся критерии безопасного размещения и текущего состояния площадки размещения отходов:
1. Благоприятное геологическое строение вмещающих пород, гидрогеологические и гидрологические условия.
2. Нормальное функционирование системы инженерных природных барьеров.
3. Радиационная безопасность персонала, населения и окружающей среды в течение предшествующего периода эксплуатации и в настоящее время.
4. Радионуклидный состав и накопленная к настоящему времени активность РАО.
5. Усредненный за период эксплуатации годовой объем, радионуклидный состав и активность поступающих РАО.
Соответствие рассматриваемой площадки СК «Радон» данным критериям безопасности проверяют и демонстрируют на основе данных радиационного и геоэкологического мониторинга на территории предприятия, его санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и зоны наблюдения (ЗН, для НПК ГУП МосНПО «Радон» средний радиус СЗЗ составляет 2500 м, а для ЗН — 7000 м), а также по результатам программы комплексного обследования хранилищ РАО, проведенного не более чем за 5 лет до выполнения работ по оценке и обоснованию возможности продления срока эксплуатации.
Ко второй группе критериев относятся:
1. Дозовый критерий безопасности для персонала в аварийной ситуации на период продления срока эксплуатации (в данной работе принят 50 мЗв/год для персонала группы А и 12,5 мЗв/год — для персонала группы Б в пределах зоны возможного загрязнения).
2. Дозовый критерий безопасности для населения в аварийной ситуации на период продления срока эксплуатации и период вывода из эксплуатации (в данной работе принят 1 мЗв/ год за пределами санитарно-защитной зоны).
3. Дозовый критерий безопасности для населения при нормальной эксплуатации площадки СК «Радон» на период продления срока эксплуатации и период вывода ее из эксплуатации (в данной работе принят 10 мкЗв/год за пределами санитарно-защитной зоны).
Для проверки соответствия спецкомбината второй группе критериев необходимо расчетным путем получить:
1. Результаты прогнозных расчетов миграции радионуклидов и их воздействия на население на период продления срока эксплуатации, вывода объекта из эксплуатации и потенциальной опасности РАО.
2. Результаты прогнозных расчетов миграции радионуклидов и их воздействия на население с учетом предполагаемых корректирующих воздействий.
Прогнозные расчеты выполняются с использованием результатов мониторинга и численных значений критериев первой группы, определен-
ных экспериментальным путем. Расчеты выполняются в соответствии с рассматриваемыми сценариями и соответствующими им математическими моделями, разработанными в рамках выполнения оценки безопасности. Результаты расчетов сопоставляются с критериями безопасности, установленными действующими нормативными документами. При этом необходимо помнить, что дозовые критерии безопасности для нормальных условий и аварийной ситуации, для персонала различных категорий и для населения различаются.
В качестве основного инструмента при рассмотрении вопроса безопасности площадки СК «Радон» на период продления срока ее эксплуатации подразумевается использование методологического подхода к оценке безопасности приповерхностных хранилищ РАО, разработанного при непосредственном участии автора в рамках программ МАГАТЭ ISAM (1997—2000 гг.) и ASAM (2002—2007гг.) [3].
Международный методологический подход к оценке безопасности последовательно включает: разработку контекста оценки, подробное описание системы долговременного хранения или захоронения отходов, разработку и обоснование набора анализируемых сценариев, создание моделей и выполнение прогнозных расчетов, а также анализ полученных результатов (рис. 1)[2].
Учитывая современный статус спецкомбинатов «Радон», а также типовой состав и активность отходов, в которых основную долю представляют 60Co, 90Sr, 137Cs, срок продления эксплуатации целесообразно ограничить 30 годами. Продление эксплуатации хранилищ РАО предполагает сохранение административного контроля. Таким образом, непреднамеренное вмешательство или вторжение населения на территорию предприятия и непосредственно в хранилище могут быть исключены из рассмотрения.
На основании разработанного методологического подхода к обоснованию продления срока эксплуатации площадок спецкомбинатов «Радон» в 2007 г. были выполнены расчеты по оценке безопасности для условий НПК ГУП МосНПО «Радон». При этом, учитывая особую потенциальную опасность долгоживущих радионуклидов, в работе выполнена теоретическая оценка возможной миграции для обладающего высокими миграционными свойствами 238U, а также менее подвижных 232Th и 226Ra и сопоставление результатов с основными радионуклидами (60Co, 90Sr, 137Cs).
Р е з у л ь т а т ы и и х о б с у ж д е н и е.
Для решения поставленной задачи приповерх-
Рис. 1. Упрощенная схема оценки безопасности
ностные хранилища РАО на территории зоны возможного загрязнения в соответствии с технологией изоляции отходов и сроком эксплуатации были объединены в три типа: «исторические», «действующие» и «сооружаемое хранилище». Базовый консервативный сценарий оценки безопасности предполагает, что инженерные барьеры «исторических» хранилищ полностью вышли из строя, а ареал загрязнения на настоящий момент включает приконтурную зону этих сооружений. В соответствии с данными мониторинга инженерные барьеры «действующих» хранилищ выполняют свою защитную функцию и, с учетом используемого в них принципа многобарьерности, будут выполнять сдерживающую и изолирующую функцию в период продления срока эксплуатации (30 лет). «Сооружаемое хранилище», в соответствии с проектом, исключает возможность контакта отходов с грунтовыми и атмосферными водами, а в предстоящий 30-летний период только будет заполняться отходами, поэтому оно исключено из рассмотрения в базовом сценарии.
Для прогнозных расчетов миграции использовано известное аналитическое решение фундаментальной задачи массопереноса. При пакет-
ном воздействии загрязнителя, когда на границе Я = 0 относительная концентрация С = 1 поддерживается только в течение некоторого времени ^ после чего подача загрязнителя прекращается, решение имеет вид [1]:
C (х, t) = 0.5 X erfc
Г Rt X R - V X t Л 2 Xyl D X Rt X t
- 0.5 X erfc
Rt X R - V X (t -10) 2XyjDXRt X(t -10)
(1)
где С — относительная концентрация загрязнителя, доли единиц;
Я — расстояние от границы источника загрязнения, м;
I — время, лет;
^ — время окончания действия загрязнителя, лет;
V — скорость потока, м/год;
D — коэффициент дисперсии, доли единиц;
ег1с(г) — табличная функция;
— коэффициент замедления, зависящий от сорбционных свойств, удельного веса и пористости вмещающих пород, доли единиц.
Данное решение конвективно-дисперсионного переноса не принимает во внимание радиоактивный распад. Однако для радионуклидов со стабильным продуктом распада решение может быть легко получено из описанного выше уравнения путем умножения результата на экспоненциальную величину, характеризующую естественный распад. Для того чтобы учесть распад как в выходном потоке, так и при движении растворов в пористой среде, достаточно к выражению (1) применить следующую формулу:
Ср(х, 1) = С(х, 1) е-Ь'. (2)
Данный подход возможен постольку, поскольку радиоактивный распад происходит как в самом хранилище (источнике), так и в процессе миграции радионуклидов. Использование этого подхода корректно в тех случаях, когда все моделируемые процессы линейно зависят от концентрации.
При проведении расчетов миграции радионуклидов использованы следующие значения параметров (выражение 1): Я — 0-300 м, ' — 0-300 лет, '0 — в зависимости от периода полураспада рассматриваемого радионуклида и его выноса из хранилища естественным потоком, V — 2,43 м/год, D — 0,85, Я' — рассчитан для каждого радионуклида с учетом коэффициента распределения, удельного веса и пористости вмещающих пород.
Расчеты по базовому сценарию показали, что максимальное распространение ареала загрязнения для наиболее подвижных радионуклидов (9(^г и условно 238и) через 30 лет составит около 7 м и не сможет оказать радиационного воздействия на население.
В качестве альтернативных сценариев рассмотрены варианты отказа (выхода из строя) инженерных барьеров «действующих» хранилищ в настоящее время, через 10 и 20 лет. Принимая во внимание, что деградация железобетонных конструкций может привести к некоторому снижению сорбционных свойств вмещающих пород приконтурной зоны хранилищ (в так называемом ближнем поле), при выполнении альтернативных расчетов было принято условное консервативное допущение о снижении сорбционных свойств естественного барьера в 10 раз. По результатам расчетов при самом неблагоприятном стечении обстоятельств миграция ареала загрязнения за 30 лет для наиболее подвижных 9^г и 238и
(условно) не превысит 30 м и не выйдет за пределы зоны возможного загрязнения НПК ГУП МосНПО «Радон».
На основании полученных результатов, а также с учетом благоприятного геологического строения и гидрогеологических условий площадки, нормального функционирования инженерных барьеров действующих хранилищ, существующем «запасе безопасности» вмещающих пород, радиационной безопасности работников и населения в течение предшествующего периода эксплуатации и в настоящее время, можно заключить, что срок эксплуатации площадки НПК ГУП МосНПО «Радон» может быть продлен на 30 лет.
В рамках выполненной работы для рассматриваемых радионуклидов и тех же сценариев выполнены миграционные расчеты на 300 лет, предполагающие, что в рассматриваемый период отходы не будут извлечены из существующих хранилищ. В этом случае ареал загрязнения для самых подвижных радионуклидов, таких, как 9(& и 238и (условно), составит 177 и 244 м соответственно, а для долгоживущих, но хорошо сорбируемых вмещающими породами 226Яа и 232ТЬ ( также условно) не превысит 3 м.
Вместе с тем очень важно отметить, что методический подход, использованный для решения вопроса о возможности продления срока эксплуатации площадок СК «Радон», предполагает оценку состояния и защитных свойств вмещающих пород как основного ресурса безопасности. Для этого необходимо тщательное изучение сорбционных свойств естественного барьера каждого конкретного спецкомбината, включая НПК ГУП МосНПО «Радон» применительно ко всем рассматриваемым радионуклидам и использование полученных данных в миграционных расчетах.
В ы в о д ы. 1. Вмещающие породы являются надежным природным барьером, способным в случае отказа инженерных барьеров хранилищ радиоактивных отходов ограничить распространение радионуклидов в пределах зоны возможного загрязнения на период до 300 лет. 2. Учитывая нормальное функционирование инженерных барьеров действующих хранилищ, существующий «запас безопасности» вмещающих пород, радиационную безопасность персонала и населения в течение предшествующего периода эксплуатации и в настоящее время, можно заключить, что с точки зрения радиационной безопасности срок эксплуатации площадки НПК ГУП МосНПО «Радон» может быть продлен на
период от 30 до 300 лет. 3. Данный методический подход может быть использован при рассмотрении вопроса о возможности продления срока эксплуатации полигонов хранения на региональных спецкомбинатах «Радон» и других аналогичных объектах, независимо от их ведомственной принадлежности.
Следует подчеркнуть, что помимо результатов и анализа прогнозных расчетов по оценке радиационной безопасности для принятия окончательного решения о продлении срока эксплуатации необходимо принимать во внимание социально-экономические факторы, в том числе финансовые гарантии на продолжение эксплуатации объекта в указанный период, сохранение рабочих мест на действующем предприятии и другие. Необходимо также учитывать, что принятие решения о продлении срока эксплуатации СК «Радон» повлечет за собой пересмотр проекта его по-
следующего вывода из эксплуатации. Данные вопросы требуют отдельного рассмотрения и выходят за рамки выполненной работы и данной статьи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Семинар по методологии оценки безопасности приповерхностных хранилищ для захоронения радиоактивных отходов. Стокгольм 14—22 сентября 1998. SSI in cooperation with SKB and Kemakta Konsult AB.
2. Ткаченко А.В., Гуськов А.В. // Безопасность окружающей среды. 2006. № 3. С. 51—55.
3. International atomic energy agency. Safety Assessment Methodology for Near Surface Disposal Facilities. Results of co-ordinated research project. Vol. 1: Review and enhancement of safety assessment approaches and tools. Vienna: IAEA,
2004.
Поступила 31.10.08
УДК 623.454.87
Ю.Г. Склифасовская
ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ВЫБОРУ СПОСОБА ОЧИСТКИ ГРУНТОВ ОТ
РАДИОНУКЛИДОВ
ГУП МосНПО «Радон», Москва
Представлен краткий обзор состояния проблемы дезактивации грунтов, радионуклидного состава загрязнения природных и техногенных материалов, поступающих на долговременное хранение. Приведены результаты экспериментов по очистке грунта способами агитационного и перколяционного выщелачивания и по определению оптимальных технологических параметров реагентной очистки грунтов, загрязненных Ra-226.
Ключевые слова: реагентная очистка, грунт, техногенные материалы, дезактивация, Ra-226, выщелачивание, кинетика, соосаждение, сорбция.
U.G. Sklifasovskaya. Main approaches to choose a method purifying soils from radionuclides.
The article contains brief review problems of soils decontamination, radionuclides content contaminating natural and technogenic materials amenable to long-term storage. The authors present results of experiments on soils purification through agitative and percolative lixiviation and on determining optimal technologic parameters for reagent purification of soils polluted with Ra-226.
Key words: reagent purification, soil, technogenic materials, decontamination, Ra-226, lixiviation, kinetics, co-precipitation, sorption
Одним из серьезных последствий многолетней деятельности предприятий атомной и сопряженных с ней отраслей промышленности, проведения ядерных испытаний, а также возникновения аварийных ситуации является загрязнение территорий радиоактивными материалами. Выбор
способа реабилитации территорий зависит от источника радиоактивного загрязнения, концентрации и характера распределения радионуклидов в грунте, специфики их физико-химического взаимодействия с компонентами почвы. Радио-нуклидный состав загрязнений, как показывает
