Научная статья на тему 'Развитие научных основ радиогеоэкологии подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях Европейского Севера России'

Развитие научных основ радиогеоэкологии подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях Европейского Севера России Текст научной статьи по специальности «Захоронение радиоактивных отходов»

CC BY
251
78
Поделиться
Ключевые слова
РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ / ОТРАБОТАВШЕЕ ЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО / РАДИОГЕОЭКОЛОГИЯ / ДОЛГОВРЕМЕННОЕ ХРАНЕНИЕ И ЗАХОРОНЕНИЕ ЯДЕРНЫХ И РАДИАЦИОННО ОПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ / ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМАЦИИ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ

Аннотация научной статьи по ядерной технике, автор научной работы — Мельников Н. Н., Конухин В. П., Наумов В. А., Амосов П. В., Гусак С. А., Наумов А. В.

Рассматриваются основные элементы комплексной научно-методической базы радиогеоэкологии подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях Европейского Севера России, обеспечивающей эффективное проведение исследований по обоснованию подземной изоляции радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива.

Похожие темы научных работ по ядерной технике , автор научной работы — Мельников Н.Н., Конухин В.П., Наумов В.А., Амосов П.В., Гусак С.А., Наумов А.В.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Развитие научных основ радиогеоэкологии подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях Европейского Севера России»

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ РАДИОГЕОЭКОЛОГИИ

ПОДЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ И ЗАХОРОНЕНИЯ ЯДЕРНЫХ И РАДИАЦИОННО ОПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЯХ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ

Н.Н. Мельников, академик РАН.; В.П. Конухин, д.т.н.; В.А. Наумов, к.ф.-м.н.; П.В. Амосов, к.т.н.; С.А. Гусак, к.т.н.; А.В. Наумов Г орный институт КНЦ РАН

Аннотация

Рассматриваются основные элементы комплексной научно-методической базы радиогеоэкологии подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях Европейского Севера России, обеспечивающей эффективное проведение исследований по обоснованию подземной изоляции радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива.

Ключевые слова:

радиоактивные отходы, отработавшее ядерное топливо, радиогеоэкология, долговременное хранение и захоронение ядерных и радиационно опасных материалов, геологические формации Европейского Севера России.

Abstract

Main elements of complex scientific-methodological base of radiogeoecology of the underground facilities for long-term storage and disposal of nuclear and radiation-hazardous materials in geological formations in the European North of Russia that provide effective studies on justification of underground isolation of radioactive wastes and spent nuclear fuel are discussed.

Keywords:

radioactive waste, spent nuclear fuel, radiogeoecology, long-term storage and disposal of nuclear and radiation-hazardous materials, geological formations of European North of Russia.

Обращение с радиоактивными отходами (РАО) и отработавшим ядерным топливом (ОЯТ), как источниками радиационной опасности для окружающей среды и населения, является одной из актуальных экологических проблем современной России. Особое место в контексте данной проблемы занимает регион Европейского Севера России (Мурманская и Архангельская области). Этот регион России отличается высокой концентрацией ядерных энергетических установок (ЯЭУ), используемых на Кольской АЭС, а также на атомных судах Северного флота (СФ) и Мурманского морского пароходства (ММП), при эксплуатации которых накоплено значительное количество РАО и ОЯТ. В настоящее время отходы и ОЯТ Кольской АЭС хранятся во временных поверхностных хранилищах на площадке станции. Для хранения РАО и ОЯТ, образующихся при эксплуатации судовых ЯЭУ, используются береговые и плавучие технические базы ММП и СФ. При этом следует отметить, что большая часть временных хранилищ РАО и ОЯТ не приспособлена для долговременной эксплуатации и не соответствует современным требованиям по безопасности.

В связи с этим повышение уровня радиационной безопасности региона при долговременном хранении РАО и ОЯТ является актуальной научно-технической задачей, решение которой может быть достигнуто, в частности, на основе создания подземного регионального хранилища РАО и ОЯТ.

Основные концептуальные положения создания регионального подземного могильника РАО и подземного хранилища ОЯТ в кристаллических породах региона разработаны Горным институтом КНЦ РАН, в период с 1989 по 2002 гг. В этих исследованиях основное внимание уделялось выбору перспективных площадок и обоснованию технической возможности и экономической целесообразности строительства подземных хранилищ РАО и ОЯТ с точки зрения горнотехнических условий, конструктивно-компоновочных решений, а также функциональной надежности и эффективности системы защитных барьеров при взаимодействии подземного радиационно опасного объекта и вмещающих пород. Большая часть исследований была выполнена с учетом международного опыта и совместно с западноевропейскими фирмами SGN, ANTEA, ANDRA, BGRM (Франция) и BELGATOM, TRACTEBEL, SCK-CEN, ONDRAF (Бельгия).

В научном плане радиогеоэкология как новое научное направление включает в себя совокупность знаний о закономерностях воздействия ядерных и радиационно опасных материалов на массив вмещающих пород; методах и средствах создания подземных сооружений и их долговременной изоляции; методах сохранения целостности массива горных пород и его защитных свойств в процессе строительства и эксплуатации объектов; методах прогнозирования изменения радиологической обстановки в зоне размещения отходов и их влияния на изменение экологической обстановки в недрах и окружающей среде.

Информационное обеспечение по проблеме обращения с РАО и ОЯТ по региону Европейского Севера России

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Одной из первостепенных научно-практических задач является разработка комплексного информационного обеспечения по проблеме подземного долговременного хранения и захоронения ядерных и радиоактивных материалов в геологических формациях региона. Системы долговременного хранения и захоронения таких материалов должны обеспечить их надежную изоляцию от окружающей среды на длительный период времени. Поэтому при выборе наиболее эффективного способа хранения или захоронения радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива одним из определяющих факторов является характеристика ядерных и радиоактивных материалов, накапливаемых в регионе. Исследования по этой проблеме предполагают анализ, обобщение и систематизацию данных по РАО и ОЯТ, поскольку в настоящее время отсутствует региональный кадастр, содержащий полное описание РАО и ОЯТ, накопленных в регионе. Задачей является анализ и обобщение результатов исследований по обоснованию выбора физико-химических, механических, тепловых свойств вмещающей геологической среды и миграционных характеристик радионуклидов на потенциальных площадках региона.

Результаты исследований, направленных на решение задачи по анализу, обобщению и систематизации данных по РАО, позволили предварительно определить основные дозообразующие радионуклиды, которые обуславливают продолжительность радиотоксичности кондиционированных РАО различного вида. На основе полученных данных выделены две основные группы отходов, для которых в соответствии с международной практикой обращения с РАО требуются различные подходы при выборе системы их безопасной изоляции от биосферы.

Первая группа включает отходы низкого и среднего уровня активности с незначительным содержанием долгоживущих радионуклидов. Поскольку время потенциальной опасности таких отходов относительно невелико, они могут размещаться в наземных или приповерхностных хранилищах на незначительной глубине (несколько десятков метров).

Вторая группа отходов характеризуется значительным содержанием в них долгоживущих радионуклидов. Эта группа РАО включает как высокоактивные отходы (ВАО) от эксплуатации и демонтажа ЯЭУ, долговременную радиотоксичность которых в основном определяют 59Ni и 63Ni, так и отходы среднего уровня активности, долгоживущая активность которых определяется такими радионуклидами, как 94Nb, 239Pu, 240Pu. Значительное содержание этих радионуклидов в отходах определяет потенциальную опасность РАО данной группы в течение нескольких десятков тысяч лет и более. Прогнозируемая радиологическая особенность таких отходов обуславливает объективную необходимость их долговременной изоляции от биосферы в подземном хранилище, размещаемом в стабильных геологических формациях на глубине 100 м и более.

Для решения задачи по анализу, обобщению и систематизации данных по ОЯТ были выполнены оценки физико-технических и радиационных характеристик корабельного ОЯТ, которое в настоящее время не принимается промышленностью на переработку и для которого может потребоваться долговременное хранение в регионе.

По результатам оценки выделено 16 групп неперерабатываемого ОЯТ в зависимости от вида топлива, типа ЯЭУ, энерговыработки активных зон и времени выдержки облученного топлива. Для каждой группы выполнена предварительная оценка радиационного потенциала неперерабатываемого ОЯТ, суммарная величина которого на 2010 г. прогнозируется на уровне 9,6Т06 Ки.

В рамках исследований, направленных на решение задачи по обоснованию выбора физико-химических и физико-технических характеристик вмещающей геологической среды, выполнен анализ данных по геологическому строению Кольского полуострова, определены гранитоидные формации, приуроченные к районам расположения перспективных площадок для размещения подземных хранилищ РАО и ОЯТ и выбраны представительные разновидности вмещающих пород рассматриваемых геологических формаций. На основе анализа результатов международных исследований обоснован предварительный выбор миграционных характеристик радионуклидов для условий перспективных площадок размещения радиационно опасных объектов.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы в качестве исходных данных для решения научно-практических задач по изучению различных аспектов безопасности подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиоактивных материалов в геологических формациях региона.

Развитие методологии выбора геологических формаций и площадок для безопасной локализации РАО и ОЯТ в регионе

Важной научной проблемой в части научно-технического обоснования долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов является развитие методических принципов формирования геотехнических, экологических и экономических критериев выбора площадок для долговременного хранения и захоронения РАО и ОЯТ в геологических формациях Европейского Севера России.

На основании анализа российской и международной практики выбора площадок и предшествующих исследований Горного института принято основополагающее положение, что при подземном размещении РАО и ОЯТ главным барьером, препятствующем выходу радионуклидов в окружающую среду, является геологическая формация. Именно по этой причине основное внимание при выборе площадок уделяется тем качествам геологической формации, которые способны обеспечить надежную и экологически безопасную изоляцию радиационно опасных материалов.

На международном уровне выбор стратегии захоронения и хранения РАО и ОЯТ обусловлен экономическими, экологическими, политическими и другими регулирующими факторами, а также аспектами безопасности и нераспространения оружейных материалов. При этом в странах Евросоюза к фундаментальным критериям горных пород относят гидрогеологию и устойчивость (стабильность) породного массива и, соответственно, возводимых в нем подземных сооружений могильника РАО или хранилища ОЯТ. Другими важными критериями являются физико-механические свойства горных пород потенциальной формации и отсутствие в ней полезных ископаемых [6].

При выполнении научно-исследовательских работ в составе международных программ сотрудничества в области повышения радиационной безопасности в регионе был сформирован перечень критериев и предполагаемых характеристик для площадок, потенциально пригодных для размещения РАО [1]. При этом использовался широкий спектр методов исследований, позволивший создать обширную базу данных по геологическим, гидрогеологическим и инженерно-геологическим аспектам, которая была применена для выбора перспективных площадок [1, 2, 6].

На первой стадии процедуры отбора площадок были исключены из рассмотрения территории месторождений полезных ископаемых, все зоны крупных тектонических разломов и повышенной трещиноватости, а также массивы пород с нестабильными свойствами.

На второй стадии был проведен детальный анализ геологической структуры и тектонической картины региона, его сейсмичности и палеосейсмичности, геоморфологии, геологических и гидрогеологических характеристик, а также топографии, климата, поверхностного стока и подземного водообмена.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На основе имеющейся информации были отобраны 16 площадок на территории Мурманской обл., 6 площадок на материковой части Архангельской обл. и 3 площадки на архипелагах Новая Земля и Земля Франца Иосифа. По каждой из отобранных площадок для последующего анализа и сравнения была сформирована база данных, включающая подробное описание по всем характеристикам, вошедшим в перечень критериев.

По результатам анализа критериев и фактических данных по площадкам для дальнейшей оценки были рекомендованы площадки Кийявр, Дальние Зеленцы, Пояконда-Нигрозеро и Кузрека на Кольском п-ове, Большая Торожма и Шапочка на материковой части Архангельской обл., губа Башмачная на архипелаге Новая Земля.

Критерии для ранжирования площадок были разделены на две категории: первая связана с

природными, а вторая - с социально-экономическими условиями. Сущность процедуры ранжирования по каждому из принятых критериев для каждой площадки заключалась в

определении расчетным или

экспертным путем определения характеристик площадки и

сравнения их с критерием, и затем в определении количества баллов.

Аналогичная процедура применялась и при выборе площадок для размещения подземного хранилища ОЯТ [2]. Предварительно выбранные

площадки исследовались с точки зрения вероятности и степени воздействия как природных, так и антропогенных явлений при

нормальном сценарии развития событий и при аварийных ситуациях. На основании работ, выполненных Г орным институтом совместно с западноевропейскими партнерами и российскими

организациями, список потенциальных площадок был ограничен следующими (рис.1): Дальние Зеленцы (Мурманская обл.); в районе р.Кузрека (Мурманская обл.); на г.Шапочка (Архангельская обл.); в районе Сайда-губы (Мурманская обл.).

Таким образом, три из четырех перспективных площадок пригодны для размещения как подземного могильника кондиционированных РАО, так и подземного хранилища неперерабатываемого ОЯТ. Представленная методология выбора площадок может быть использована при решении аналогичных задач не только на Европейском Севере, но и в других регионах России, имеющих аналогичные или близкие к ним природные условия.

Рис. 1. Схема потенциальных площадок для размещения хранилища ОЯТ: 1 - Дальние Зеленцы; 2 - Кузрека; 3 - Шапочка; 4 - Сайда-губа

Исследование аспектов ядерной и радиационной безопасности подземных хранилищ ОЯТ и ВАО, размещаемых в геологических формациях региона

Исследования аспектов ядерной и радиационной безопасности подземных хранилищ ОЯТ и ВАО, размещаемых в геологических формациях региона, были направлены, главным образом, на разработку научных основ безопасности подземных хранилищ РАО и ОЯТ на базе адаптации методов теоретических исследований, нашедших применение в ядерной технологии и реакторостроении, включая разработку математических моделей подземных хранилищ.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Вопросы ядерной безопасности. Одной из основных научных задач в рамках исследований, направленных на изучение ядерной безопасности при долговременном хранении ОЯТ в геологических формациях региона, является изучение ядерно-физических эффектов и оценка глубины подкритичности в модулях хранилища ОЯТ при различных конструктивно-компоновочных решениях. Для решения этой задачи в Горном институте используется методология, основанная на специализированных реакторных программах КРАТЕР и РИТМ, которые были модернизированы и адаптированы с учетом специфики задач по обоснованию ядерной безопасности подземного объекта хранения ОЯТ [2, 3].

В задаче обоснования ядерной безопасности хранилища ОЯТ основное внимание было уделено изучению нейтронно-физических процессов для условий хранения топлива в чехлах, которое представляет научно-практический интерес с точки зрения специфики факторов, определяющих ядерно-физические характеристики системы хранения ОЯТ. Расчетно-теоретические исследования нейтронных полей в системе «упаковка с ОЯТ - защитные барьеры» проводились для условий хранения чехлов с ОЯТ внутри встроенной конструкции, которая состоит из железобетонных стен и перекрытия. В перекрытие встроены стальные трубы - гнезда хранения [2]. Рассматривались два типа размещения гнезд хранения: в бетонном массиве (типа "Бетонный массив") и в воздушной среде (типа "КАСКАД"). При этом рассматривались как условия нормальной эксплуатации, так и аварийные ситуации, связанные с затоплением модулей хранилища водой. Результаты численных экспериментов иллюстрирует рис. 2, на котором представлены

расчетные характеристики ядерной безопасности отсека хранилища, содержащего уран-циркониевое ОЯТ

ледокольного флота.

Рис.2. Характеристики ядерной безопасности сухого хранения чехлов с ОЯТ в стальных трубах, размещаемых в модуле подземного хранилища в бетонном массиве (1) и воздушной среде (2)

Приведенные данные показывают, в частности, что для условий нормальной эксплуатации (сухое состояние хранилища ОЯТ) нормативный уровень подкритичности (Кщ <

0,95) обеспечивается во всем рассмотренном диапазоне шага размещения гнезд хранения для обоих типов хранения без применения каких-либо инженерно-технических мероприятий по обеспечению ядерной безопасности. В большей степени специфику подземного хранилища ОЯТ отражают аварийные ситуации. Как видно из рис. 2 (пунктирные линии), в этих условиях нормативный уровень подкритичности достигается только для определенного диапазона значений шага размещения гнезд хранения.

Таким образом, в результате исследования получены характеристики ядерной безопасности хранения чехлов с ОЯТ, позволяющие оптимизировать параметры компоновки упаковок с ОЯТ в модуле подземного хранилища, при которых обеспечивается гарантированный уровень безопасности за счет внутренне присущих хранилищу свойств безопасности (физические свойства защитных барьеров и определенное пространственное размещение упаковок с топливом).

Исследования радиационной безопасности при эксплуатации подземного хранилища ОЯТ. В рамках задачи по изучению радиационной безопасности персонала подземного хранилища ОЯТ разработана методология описания прохождения ионизирующих излучений через защитные барьеры и выполнены расчетные исследования, целью которых являлась оценка эффективности встроенной конструкции в подземном модуле хранилища как основного инженерного защитного барьера в условиях хранения ОЯТ в отдельных чехлах. Оценка дозовой нагрузки на персонал от воздействия ионизирующих излучений проводилась для отсека встроенной конструкции в варианте хранения типа "КАСКАД".

Для решения поставленной задачи были разработаны математические модели отсека хранилища и проведены численные расчеты прохождения гамма-излучения и нейтронов спонтанных делений через защитные барьеры встроенной конструкции [1].

Результаты расчетов ослабления интенсивности ионизирующих излучений в защитных барьерах показали, что бетон обладает эффективными защитными свойствами по отношению к рассмотренным источникам излучений. По оценкам, нормативный уровень радиационного воздействия на персонал в зоне хранения ОЯТ в чехлах может быть обеспечен защитным барьером из обычного бетона толщиной до 1,5 м.

Полученные результаты показали достаточно широкие возможности по оптимизации инженернотехнических решений при создании встроенной конструкции, направленных на обеспечение радиационной безопасности персонала с учетом экономической эффективности сооружения инженерного защитного барьера.

На основе комплексных исследований аспектов ядерной и радиационной безопасности в целом разработаны оптимальные конструктивно-компоновочные схемы подземного хранилища неперерабатываемого ОЯТ судовых реакторных установок в регионе Европейского Севера России, позволяющие повысить эффективность использования подземного пространства при размещении топлива в хранилище.

Исследование последствий гипотетической аварии на подземном объекте хранения ОЯТ, сопровождающейся атмосферным выбросом радиоактивных веществ. Для изучения радиоэкологической безопасности окружающей среды были выполнены исследования последствий гипотетической аварии на подземном объекте хранения ОЯТ, целью которых являлась оценка устойчивости подземного хранилища ОЯТ к внутреннему воздействию, которое может приводить к разрушению упаковок с ОЯТ и выбросу радиоактивности в помещения подземного комплекса хранилища и окружающую среду. В рамках этих исследований разработан и обоснован сценарий (запроектной) аварии в подземном хранилище, согласно которому в качестве инициирующего события рассматривается взрывное воздействие на упаковки с ОЯТ и среду подземной выработки хранилища. Для разработанного сценария определены параметры воздушной среды в аварийном модуле хранилища после взрыва (давление, температура, уровень радиоактивности и др.). На основе этих параметров и разработанного модельного представления подземного комплекса хранилища ОЯТ выполнены расчетные оценки термодинамических параметров и характеристик истечения газовоздушной среды в системе подземного комплекса хранилища и выброса загрязненной среды в окружающую среду.

Результаты этих расчетов были использованы в качестве исходных данных для расчетных оценок количественных данных по выбросу радиоактивных веществ в атмосферу и загрязнению помещений хранилища. Исследования последствий атмосферного переноса аварийного выброса проводились с помощью разработанного специалистами Германии, Нидерландов, Англии и других стран математического кода COSYMA 2, имеющего статус официальной программы Европейского союза для поддержки принятия решений при радиационных авариях. Для проведения исследований была выполнена адаптация этой программы к специфическим погодным и природным условиям площадки потенциального размещения подземного хранилища в Сайда-губе.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На рисунке 3 приведена схема для расчетов по программе COSYMA 2, в которой население представляется равномерно распределенным по площади ячейки в полярной системе координат с радиусами

В расчетах дозового воздействия по программе COSYMA 2 индивидуальная доза от потребления продуктов питания представлена в виде временного интеграла от скорости поступления каждого радионуклида в рассматриваемый орган по всему спектру пищевых цепочек в данном элементе координатной сетки, умноженного на коэффициент дозовой конверсии.

Вероятность возникновения

нестохастических эффектов у облученной группы людей, называемая радиационным риском, наиболее высока в таких органах и тканях, как костный мозг, легкие, щитовидная железа и кожа [5]. Выполненные комплексные исследования характеристик рассеяния воздушного выброса радиоактивности и последствий его осаждения на поверхность Земли позволили сделать вывод о безопасности подземного хранилища ОЯТ для случая гипотетического воздействия в виде террористической атаки на радиационно опасный объект.

2,4; 3,2; 4,2; 5,6; 7,5; 10; 13; 18 и 24 км.

свыше 300-800 100-300 20-100 5-20 менее 5

Рис. 3. Распределение плотности населения в районе Сайда-губы, чел/км2

Полученные данные по аварийному воздействию на окружающую среду могут быть использованы при обосновании выбора площадки для размещения подземного радиационно опасного объекта, а также при разработке системы мониторинга площадки хранилища ОЯТ.

Исследование переноса радионуклидов во вмещающей геологической среде и оценка экологической безопасности подземного хранилища РАО и ОЯТ на потенциальных площадках региона

С точки зрения методических подходов и практических результатов в качестве самостоятельной научной задачи как одной из составляющей научного направления «радиогеоэкология» следует рассматривать исследования процесса переноса радиоактивных веществ во вмещающей геологической среде. Исследования по этой задаче были направлены на создание информационной, инструментальной и методической основы для прогнозных оценок экологической безопасности подземных радиационно опасных объектов, размещаемых на потенциальных площадках региона с учетом особенностей их гидрогеологических характеристик. Методология решения поставленной проблемы предполагает поэтапный подход к ее выполнению.

На первом этапе создаются гидрогеологические модели дальнего поля с разнородными гидрогеологическими объектами в виде озер, рек, геологических нарушений и т.п. с последующим наполнением указанных объектов соответствующими характеристиками.

На втором этапе сначала рассчитываются скоростные поля течения подземных вод и определяются потенциальные места расположения объекта, а затем выполняются численные расчеты по переносу пассивного стабильного трассера во вмещающем массиве. Анализ результатов расчетов пространственно-временного распределения трассера позволяет делать вывод об эффективности выбора местоположения объекта и защитных свойствах вмещающего массива площадки.

На третьем этапе для выбранного сценария вычисляются максимальные значения концентрации радионуклидов, выходящих за пределы объекта, на границе раздела ближнего и дальнего поля. Полученная информация позволяет в рамках верифицированной биосферной модели перейти к оценке экологической безопасности объекта, например, к определению мощности дозы для критической группы лиц из населения.

В качестве примера результатов исследований по первым двум этапам указанного выше подхода на рис. 4 показано пространственное распределение скорости потока в модели площадки Дальние Зеленцы, для которой были рассмотрены два варианта размещения объекта хранения/захоронения радиационно опасных материалов.

Аналогичные исследования были выполнены и для другой площадки - Сайда-губы. Результаты расчетов показали высокую эффективность защитных свойств вмещающей среды. Так, например, для глубины размещения объекта порядка 100 м максимальный коэффициент разбавления,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

характеризующий весьма ограниченные области площадок, имеет значение 10-3. Для основной территории площадок вне санитарно-защитной зоны объекта коэффициенты разбавления характеризуются весьма малыми значениями - 10-6-10-9. Наиболее предпочтительным по этому показателю выглядит вариант 1-й площадки Дальние Зеленцы.

Оценка долговременной безопасности регионального подземного могильника РАО проводилась в рамках международного проекта по программе TACIS [1, 4]. Численное моделирование миграции радионуклидов в ближнем поле с учетом растворения, адвективно-диффузионного переноса и радиоактивного распада выполнялось с помощью компьютерного кода PORFLOW, разработанного в Лаборатории аналитических и вычислительных исследований (ACRi, США) и предназначенного для моделировании процессов тепло- и массопереноса в пористых средах с различной степенью насыщения.

Результатами моделирования ближнего поля являлись потоки и концентрации активности радионуклидов на границе раздела ближнего и дальнего поля.

Для расчета переноса грунтовых вод и загрязнений в концептуальной модели дальнего поля перспективных площадок использовалась программа AQUA3D, разработанная исландской фирмой Vatnaskil Consulting Engineers. Этот код позволяет

Рис. 4. Распределение поля скорости в 4-м слое модели площадки Дальние Зеленцы и варианты местоположений подземного объекта хранения/захоронения радиационно опасных материалов

методом конечных элементов моделировать условия течения в гетерогенной и анизотропной среде, пространственные изменения фильтрации и инфильтрации. Выходными параметрами модели дальнего поля являлись факторы разбавления, вычисляемые в условиях равновесия в контрольных точках (река, озеро, почва).

В биосферной модели рассматривались три основных пути поступления радионуклидов в организм человека: потребление загрязненной пищи или воды, вдыхание загрязненного воздуха и прямое излучение от загрязненных почв, воды или отложений. Основными результатами биосферной модели являлись дозовые коэффициенты для рассмотренных долгоживущих радионуклидов.

В этих исследованиях рассматривались как сценарий нормальной эволюции, так и вероятностные (альтернативные) сценарии. В условиях нормального сценария учитывается только диффузионный перенос в различных элементах хранилища. Это означает, что все барьеры функционируют нормально, отсутствуют условия, способствующие ускоренному переносу в области ближнего поля, а геохимические условия в ближнем поле остаются оптимальными для удержания радионуклидов. Для вероятностных сценариев предполагается повреждение защитных барьеров, последствием которых может стать более свободный контакт подземных вод с отходами, приводящий к ускоренному выщелачиванию. Аналогичного эффекта можно ожидать при наличии разлома вблизи хранилища, через который возможно поступление воды в хранилище.

Аналогичные по методологии исследования выполняются и для подземного хранилища ОЯТ. Дополнительно результаты этих исследований показали целесообразность учета особенностей размещения объекта хранения/захоронения радиационно опасных материалов как по глубине, так и по ориентации в пространстве вмещающей геологической среды.

Итоги выполненных исследований показали, что в результате действия сорбционного механизма задержки переноса радионуклидов и их радиоактивного распада обеспечиваются высокие изолирующие и защитные свойства вмещающих горных пород на материковой части региона, которые способствуют предотвращению загрязнения среды обитания человека.

В целом, можно констатировать, что создана комплексная научно-методическая база радиогеоэкологии подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях Европейского Севера России, обеспечивающая эффективное проведение исследований по обоснованию подземного размещения радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива.

Научно-методическая база основана на результатах выполненных научно-исследовательских работ, а именно:

• информационном обеспечении по проблеме подземного долговременного хранения и захоронения ядерных и радиоактивных материалов, включающем в себя обобщенное и систематизированное описание накопленных в регионе РАО и ОЯТ, а также рекомендации по необходимым значениям физических свойств вмещающей геологической среды на потенциальных площадках региона и миграционных характеристик радионуклидов;

• усовершенствованных методических принципах формирования геотехнических, радиогеоэкологических и экономических критериев выбора площадок;

• современной (сравнимой с зарубежными аналогами) информационной, инструментальной и методической основе выполнения исследований по аспектам ядерной, радиационной и экологической безопасности подземных радиационно опасных объектов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Научно-методическая база может быть использована для прогнозирования различных аспектов безопасности подземных хранилищ РАО и ОЯТ, радиологического риска для населения и окружающей среды, при обосновании мест размещения подземных ядерно- и радиационно опасных объектов в условиях Европейского Севера России, а также при проектировании подземных комплексов хранилищ ядерных и радиационно опасных материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мельников Н.Н., Конухин В.П., Наумов В.А. и др. Инновационные проекты подземных объектов долговременного хранения и захоронения ядерных и радиационно опасных материалов в геологических формациях европейского Севера России. - Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2005. - 111 с. 2. Мельников Н.Н., Конухин В.П., Наумов В.А. Отработавшее ядерное топливо судовых энергетических установок на европейском Севере России. В 2 ч. - Апатиты: КНЦ РАН, 2003. 3. Наумов В.А., Рубин И.Е., Днепровская Н.М. Описание ослабления нейтронов в биологической защите методом вероятностей прохождения: препринт ИПЭ-17. - Минск: Изд. Институт проблем энергетики АН Беларуси, 1996. - 28 с. 4. Предварительная оценка безопасности: отчет по задаче 6-го проекта R4.10/95 «Повышение безопасности обращения с радиоактивными отходами в Северо-Западном регионе России. Размещение РАО. Этап 2». - Апатиты, Горный институт КНЦ РАН; Belgatom, SCK^CEN (Бельгия), 2000. - 238 с. 5. Радиационная защита населения. Публикация 40, 46 МКРЗ / пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 80 с. 6. Шульга Н.А. Разработка и реализация технологий окончательного захоронения высокоактивных и долгоживущих отходов. Ч. 2. Современное состояние в странах Европы // Атомная техника за рубежом. - 2005. - № 5. - С.3-14