ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 4, с. 342-352
УТИЛИЗАЦИЯ И ЗАХОРОНЕНИЕ ОТХОДОВ
УДК 621.039:504.06
ОБОСНОВАНИЕ ДОЛГОСРОЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ХРАНИЛИЩ ВЫСОКОРАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
© 2013 г. Б. Т. Кочкин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН), Старомонетный пер., 35, Москва, 119017 Россия. E-mail: btk@igem.ru
Поступила в редакцию 28.03.2012 г.
Дана характеристика проблем, связанных с ростом неопределенностей в моделях развития системы изоляции отходов по мере увеличения периода прогноза. Эти проблемы возникают при подготовке отчета по обоснованию безопасности геологических хранилищ высокорадиоактивных отходов. Для ряда этих проблем достигнут консенсус в их решении. Другие проблемы обсуждаются как теоретически, так и в отношении реальных проектов. Предложены решения, касающиеся дискуссионных проблем обоснования долгосрочной безопасности размещения геологического хранилища в Красноярском крае с учетом существующей в Российской Федерации нормативной базы. Рассмотрена возможность использования направленных, циклических и нелинейных закономерностей, установленных для различных геологических процессов, в качестве фундаментальных инструментов для обоснования долгосрочной безопасности хранилищ.
Ключевые слова: высокорадиоактивные отходы, отработавшее ядерное топливо, геологическое хранилище, оценка безопасности, долгосрочный прогноз.
ВВЕДЕНИЕ
Радиотоксичность веществ, содержащихся в радиоактивных отходах (РАО), в целом снижается со временем благодаря естественному распаду, при этом долгоживущие радионуклиды сохранят некоторую опасность на многие миллионы лет в будущем. Размещение в геологических хранилищах высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива (ВАО и ОЯТ) и других видов РАО, содержащих долгоживущие радионуклиды, нацелено на надежную защиту населения на исключительно продолжительный период времени. За такой период в хранилище и его окружении произойдут различные события и процессы, скорость протекания и длительность которых может меняться в широких пределах. Возможность достоверного прогноза всех этих процессов и оценки их последствий для надежности хранилища и безопасности населения падают по мере отдаления в будущее. Соответственно со временем также растут неопределенности в оценке безопасности хранилища, что снижает доверие к самой технологии геологической изоляции ВАО и ОЯТ с позиций достижимости поставленных целей.
В этой связи обсуждается ряд проблем, касающихся долгосрочного (точнее сверхдолгосрочного или дальнесрочного) прогнозирования безопасности геологических хранилищ ВАО и ОЯТ: обоснование периода, на который должны распространяться общепринятые критерии безопасности, а именно поглощенная доза и радиологический риск; периодизация развития хранилищ в долгосрочной перспективе; долгосрочная оценка стабильности и прогнозируемость геологической среды; разработка критериев, дополняющих традиционные дозовый и рисковый критерии безопасности, и другие вопросы. Анализ этих проблем показал, что по ряду вопросов имеется общий подход, а решения на национальном уровне связаны со спецификой конкретного проекта хранилища и природными условиями места его размещения. По другим вопросам консенсус в отношении подходов к решению указанных проблем не достигнут, и дискуссии продолжаются. Отсутствие общих решений отражено в национальных нормативных документах, регулирующих деятельность по геологической изоляции радиоактивных отходов. Одни документы ограничиваются критериями общего характера, другие устанавли-
вают различные критерии для разных периодов, детально регламентируя всю процедуру оценки безопасности [11, 14, 15]. В российских нормативных документах, которые, в целом, следуют общепринятым на международном уровне рекомендациям, закреплены только общие критерии безопасности в виде определенных допустимых значений дозы и риска [1, 2, 8]. Это, несомненно, поставит перед исполнителем проекта (оператором) задачу самостоятельно выбирать подходы к стилю и проведению оценки безопасности при подготовке отчета по обоснованию безопасности, составление которого является нормативным требованием. Аналогичный документ в англоязычной литературе именуется "Safety case", что можно перевести как "Досье безопасности", который предполагает выполнение оценки безопасности системы изоляции, сбор и критический анализ аргументов в поддержку ее достоверности, доказательство надежности отдельных элементов системы (в частности, пригодности геологической среды) и др. [13].
Цель настоящей статьи, раскрыв содержание упомянутых выше проблем, предложить возможные пути их решения для условий, присущих району, выбранному для геологического хранилища на участке "Енисейский" в Красноярском крае [5]. При этом главное внимание будет уделено проблеме обоснования долгосрочной стабильности и прогнозируемости изменений геологической среды этого района.
ДОЗА И РИСК КАК ИНДИКАТОРЫ БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Уровень радиологической защиты, определяемый в нормативных документах, касающихся ядерных сооружений, обычно выражается в виде количественных значений (критериев) дозы и риска. Критерии безопасности к геологическим хранилищам также сформулированы в виде численного значения допустимой годовой эффективной дозы облучения или связанного с ней индивидуального радиологического риска. Значения допустимой дозы в различных странах варьируют в пределах 0.1-1 м3 в/год, а риска 10-5—10-6 год1 [2,14].
Радиологический риск, связанный с РАО, зависит от дозы радиоактивности, поглощенной отдельными индивидами, проживающими в окрестностях хранилища. Показатель эффективной дозы (или эффективная доза для представительного индивида за год) вычисляется путем рассмотрения
основных способов облучения типичного жителя. Радионуклиды могут попасть в среду обитания из-за отсутствия адекватной изоляции хранилища геологической средой и нарушений в упаковке отходов. Хотя радиоактивность отходов падает с течением времени, долгоживущие радионуклиды могут принимать участие в формировании дозы чрезвычайно длительное время.
Значение поглощенной дозы тесно связано с привычками конкретного человека, обычаями и образом жизни всего населения. Привычки и образ жизни могут быть предсказаны только на очень короткий период времени. По этой причине дозы и риски, вычисляемые для отдаленного будущего, принято рассматривать не как реальные значения, которые могут быть измерены, а как некие абстрактные величины или индикаторы безопасности, которые служат для сравнения с установленными количественными критериями.
В рекомендациях Международной комиссии по радиационной защите признается, что "...дозы и риски, как измерения вреда здоровью, не могут быть спрогнозированы с какой-либо определенностью на периоды более нескольких сотен лет в будущее" [17].
Вычисляются индикаторы с помощью математических моделей. Модели создаются для разных сценариев и параметров, как для эволюционного устойчивого развития системы, так и для экстремального (аварийного) развития.
Для того чтобы обойти неопределенности, связанные с предсказанием образа жизни в отдаленном будущем, используются модели, включающие "стилизованные" (упрощающие, но консервативные) предположения относительно образа жизни и привычек людей в расчетный период. Суть стилизации сводится к переносу существующего образа жизни и действующих норм на любой будущий период времени.
Стилизация используется как средство нейтрализации неустранимых неопределенностей, но не исключает эти неопределенности в принципе [12]. Кроме упомянутого способа облучения индивидов наименее предсказуемы процессы в биосфере, подверженные изменениям климата, экологии и антропогенной деятельности [16]. Рис. 1 иллюстрирует пределы предсказуемости различных элементов геологического хранилища, которые определяют общий рост неопределенностей в оценке безопасности.
Таким образом, практическое использование дозы и риска в качестве критериев безопасности
Элементы, представляемые в моделях
СИБ и Гидрогеоло- Процессы в Способы
вмещающие гическая поверхностной радиологичес-
породы система среде кого облучения
Изменения, действующие на эти элементы Геологические изменения
Климатические изменения
Экологические изменения
Вторжение человека Деятельность человека
Индивидуальные привычки
Предсказуемость будущих изменений
Рис. 1. Схематическая иллюстрация пределов предсказуемости системы геологической изоляции (по [16]). Элементы, обычно представляемые в моделях оценки безопасности, изменения которые действуют на эти элементы, и влияние этих изменений на предсказуемость элементов во времени (СИБ - система инженерных барьеров).
сталкивается с проблемой быстрого роста неустранимых неопределенностей при количественной оценке безопасности хранилищ РАО по мере увеличения периода прогноза. На международном уровне существует консенсус в том, что дозы и риски, вычисляемые на отдаленные периоды, должны интерпретироваться как иллюстрация потенциального влияния РАО на стилизованные гипотетические индивиды. Эта иллюстрация основана на согласованном наборе предположений. Они должны быть специфичны для конкретного места из-за биосферных и социальных особенностей, а также заложенного уровня консерватизма оценки. Очевидно, что этот подход может быть применен при расчете доз и рисков и для участка "Енисейский".
ПЕРИОДИЗАЦИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ
И РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ В ДОЛГОСРОЧНОЙ ПЕРСПЕКТИВЕ
Такие понятия, используемые в статье, как "период", "интервал" и просто "время" являются взаимозаменяемыми, и означают промежуток времени, в течение которого что-либо произошло или должно произойти, но в некоторых случаях есть определенные отличия в их употреблении. Так понятие "период" более пригодно для связывания времени с процессами, а понятие "интервал" для определения конкретных сроков начала и/или окончания процессов. Например, "...развитие хранилища в период после резких климатических изменений, которые, вероятно, произойдут в
интервале от тысяч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.