научная статья по теме ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПА ВЛОЖЕННОСТИ ПРИ ЗАХОРОНЕНИИ РАО Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПА ВЛОЖЕННОСТИ ПРИ ЗАХОРОНЕНИИ РАО»

Статья поступила в редакцию 22.02.10. Ред. рег. № 736

The article has entered in publishing office 22.02.10. Ed. reg. No. 736

УДК 661.039.7

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПА ВЛОЖЕННОСТИ ПРИ ЗАХОРОНЕНИИ РАО

12 1 И.В. Узикова , В А. Узиков , И.Г. Меринов

Национальный исследовательский ядерный университет (Московский инженерно-физический институт) 115409 Москва, Каширское ш., д. 31, Тел. (495) 323-90-49, e-mail: upu6ka@list.ru; igmerinov@mephi.ru Научно-исследовательский институт атомных реакторов 433510 Ульяновская обл., Димитровград-10 Тел. 89265238295, e-mail: uzikov62@mail.ru

Заключение совета рецензентов: 01.03.10 Заключение совета экспертов: 06.03.10 Принято к публикации: 10.03.10

В работе рассматривается схема захоронения радиоактивных отходов (РАО) в цементной матрице (компаунде), заключающаяся в применении принципа «вложенности». Предложенный принцип состоит в том, что при заполнении долговременного монолитного хранилища РАО компаундом активность цементных включений убывает по мере удаления от центра монолитного сооружения. Внешние слои цементного компаунда с меньшей радиоактивностью служат радиационным барьером для внутренних слоев компаунда с более высокой активностью. Все сооружение окружено чистой бетонной оболочкой. Рассмотрен механизм отвода избыточного тепла для поддержания нормального температурного режима в течение длительного периода времени существования сооружения.

Ключевые слова: РАО, цементирование, способ захоронения, долговременное хранилище РАО, цементный компаунд.

APPLYING THE PRINCIPLE OF NESTING IN THE DISPOSAL OF RADIOACTIVE WASTES

I.V. Uzikova1, V.A. UzikoV2,1.G. Merinov1

'National Research Nuclear University (Moscow Engineering-Physical Institute) 31 Kashirskoye road, Moscow, 115409, Russia Tel. (495) 323-90-49, e-mail: upu6ka@list.ru; igmerinov@mephi.ru 2Scientific Research Institute of Nuclear Reactors Dimitrovgrad-10, Uljanovsk reg., 433510, Russia Tel. 89265238295, e-mail: uzikov62@mail.ru

Referred: 01.03.10 Expertise: 06.03.10 Accepted: 10.03.10

This investigation looks at the pattern of radioactive waste (RAW) disposal in the cement matrix (compound). The pattern is based on the principle of "nesting". This principle implies that when the long-term storage is filled with RAW compound, the activity of cement inclusions decreases with the increase of the distance from the center of the monolithic structure. Outer layers of the cement compound with lower radioactivity serve as the radiation barrier for the inner layers of the compound having greater potency. All the construction is surrounded by a clean concrete shell. The pattern of removal of odd heat in order to maintain normal temperature during a long period of the storage existence is also considered.

Сведения об авторе: студентка Национального исследовательского ядерного университета (Московского инженерно-физического института).

Область научных интересов: моделирование и расчет тепло-гидравлических процессов в различных программных пакетах.

Публикации: нет

Сведения об авторе: Национальный исследовательский ядерный университет (Московский инженерно-физический институт). Доцент, канд. техн. наук.

Область научных интересов: моделирование и расчет теплогид-равлических процессов в различных программных пакетах.

Публикации: около 80.

Ирина Витальевна Узикова

Игорь Геннадьевич Меринов

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 2 (82) 2010 © Научно-технический центр «TATA», 2010

Виталий Алексеевич Узиков

Сведения об авторе: старший научный сотрудник ГНЦ НИИАР.

Образование: Уральский политехнический институт, физико-технический факультет, специальность «ядерные энергетические установки», инженер-физик.

Область научных интересов: создание пассивных систем безопасности для ядерных энергетических установок, пассивных устройств, регулирующих расход жидкости, дистанционных разъемных устройств трубопроводов, а также измерительных устройств.

Публикации: 40.

Основной целью, которая должна быть достигнута при обращении с радиоактивными отходами (РАО), является охрана здоровья человека и обеспечение безопасности для окружающей среды как в настоящее время, так и для будущих поколений.

Основные принципы обращения с РАО сформулированы в [1, 2]. В них заложена концепция системного подхода, заключающегося в том, что все стадии представляют собой элементы общей системы. Однако применение в реальной практике дорогих транспортных контейнеров одноразового использования для хранения компаунда с РАО, срок жизни которых существенно меньше требуемого времени выдержки, не позволяет решить проблему без перекладывания бремени на будущие поколения, что противоречит одному из основных принципов. Кроме того, сложная и трудоемкая технологическая цепочка переработки РАО и обращения с упаковками на этапе их промежуточного хранения и последующего захоронения не очень хорошо согласуется с принципом ALARA (As Low As Reasonably Achievable или «так мало, как только возможно») -подходом к управлению риском в области радиационной безопасности, который подразумевает его максимальное снижение, достигаемое за счет реально имеющихся ресурсов. Применение принципа ALARA рекомендовано Международной комиссией по радиологической защите (ICRP) и МАГАТЭ, он включен и в российские нормы радиационной безопасности (НРБ-99) как принцип оптимизации доз.

Предлагаемый подход к организации обращения с РАО различного уровня активности заключается в отказе от использования для временного хранения компаунда с РАО упаковок (контейнеров), размещаемых во временных хранилищах, и переходе сразу к заключительному этапу в схеме обращения с отходами - захоронению компаунда в долговременном сооружении.

Современные подходы к вопросам захоронения РАО

Стратегия обращения с РАО постоянно развивается и пересматривается. Выбор стратегии и технологии утилизации радиоактивных отходов в разных странах определяется целым рядом специфических национальных факторов, таких как масштабы нацио-

нальной ядерной программы, соотношение наличных энергетических ресурсов и потребностей в энергии на перспективу, наличие дешевого ядерного топлива, особенности экономического развития страны, социально-политические факторы и др. [3].

В последнее время большинство зарубежных стран разрабатывают технологии, направленные на снижение объемов низко- и среднеактивных отходов и мобильности радионуклидов (отверждение, сжигание, прессование) с последующим захоронением их в упакованном виде в приповерхностных инженерных сооружениях [4]. Для высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), как правило, в перспективе планируется захоронение в глубоких геологических формациях. При этом разные страны при разработке национальных программ захоронения ориентируются на различные вмещающие породы (соль, глина, вулканические туфы, граниты и другие кристаллические породы и т.п.).

В качестве наиболее приемлемого для целей захоронения высокоактивных РАО в настоящее время рассматривают варианты могильников в глубокоза-легающих геологических формациях. По мнению экспертов, этот вариант способен обеспечить надежную изоляцию в течение приемлемых (несколько тысячелетий) периодов времени.

В [3] отмечаются основные факторы, определяющие надежность захоронения РАО в геологических формациях:

1. Глубина залегания. Достаточной считается глубина 500-1000 м, что должно обеспечить надежный барьер между РАО и биосферой, а также защитить хранилище от непредвиденных внешних воздействий.

2. Характеристики вмещающей геологической формации. Основными характеристиками являются физические и геохимические свойства.

3. Тектоническая и сейсмическая устойчивость региона, в котором производится захоронение.

4. Гидрологический режим приповерхностных и грунтовых вод в районе размещения хранилища.

5. Выбор системы барьеров для надежной изоляции РАО и адекватной степени потенциальной безопасности захоронения РАО.

К сожалению, учитывая реальное расположение источников РАО, удовлетворить всем этим факторам надежности очень сложно, а чаще и невозможно.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 2 (82) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Даже если и будет построено надежное подземное хранилище в удобном месте, остается вопрос транспортировки РАО к этому хранилищу, что является очень дорогим и опасным мероприятием.

С учетом экономических реалий долговременные хранилища для захоронения РАО лучше всего размещать в непосредственной близости от источника образования отходов. Это хранилище должно обладать элементами надежности глубинных захоронений, т.е. обеспечивать надежный долговременный барьер между РАО и биосферой.

Применение принципа вложенности при захоронении РАО

Для обеспечения надежности защиты биосферы от РАО при минимальных затратах предлагается применить зонный принцип вложенности (принцип «матрешек») при создании структуры могильника. Сама идея «зонности» размещения РАО в долговременном хранилище (могильнике) очень проста: чем ближе к центру хранилища, тем выше уровень активности захораниваемых отходов. В пользу осуществления такого принципа работает и факт соотношения между количеством низкоактивных, средне-активных и высокоактивных отходов: как правило, основную долю отходов составляют низкоактивные отходы, в меньших объемах производятся среднеак-тивные, и в еще меньших количествах производятся высокоактивные отходы. По предлагаемой технологии низко- и среденеактивные отходы затворяют в составе цементной матрицы (компаунда), жидкий раствор которого сразу после приготовления заливают послойно в ячейки хранилища (боксы). Процедура заливки проводится с учетом возможности отвода тепла, образующегося при гидратации цементного компаунда («схватывании» цемента).

Главной особенностью предлагаемого долговременного хранилища является принцип вложенности зон, предназначенных для захоронения РАО различного уровня активности, обеспечивающий много-барьерность системы защиты. Система захоронения РАО строится таким образом, чтобы снаружи сооружения находился чистый цемент

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.

Показать целиком