научная статья по теме ВОЗВЕДЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ САРКОФАГОВ ПОЛУУГЛУБЛЕННЫХ МОГИЛЬНИКОВ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ Геология

Текст научной статьи на тему «ВОЗВЕДЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ САРКОФАГОВ ПОЛУУГЛУБЛЕННЫХ МОГИЛЬНИКОВ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2010, № 3, с. 255-260

УТИЛИЗАЦИЯ И ЗАХОРОНЕНИЕ ОТХОДОВ

УДК 504.064.47

ВОЗВЕДЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ САРКОФАГОВ ПОЛУУГЛУБЛЕННЫХ МОГИЛЬНИКОВ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

В КРИОЛИТОЗОНЕ

© 2010 г. В. В. Киселёв, Ю. А. Хохолов, М. В. Каймонов

Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН (ИГДС СО РАН), пр. Ленина 43, Якутск, 677000 Россия; E-mail gtf@igds.ysn.ru Поступила в редакцию 22.11.2007 г. После исправления 15.06.2009 г

Обеспечение радиационной безопасности территорий криолитозоны, загрязненных выбросами долгоживущих радионуклидов во время аварий при проведении подземных ядерных взрывов, -важная экологическая проблема. Существующий полууглубленный могильник твёрдых радиоактивных отходов и саркофаг на территории аварийного подземного ядерного взрыва в Республике Саха (Якутия) "Кратон-3" не отвечают существующим требованиям, в связи с чем не прекращается миграция радионуклидов, и загрязняются сопредельные территории. Предлагаются разработанные в ИГДС СО РАН способы компаундирования твердых радиоактивных отходов в могильнике и возведения защитного саркофага с использованием местных материалов и естественных ресурсов криолитозоны. С помощью математического моделирования определены оптимальные технологические условия возведения саркофага, соблюдение которых позволит обеспечить необходимую устойчивость и герметичность сооружения в условиях криолитозоны и предотвратит миграцию радионуклидов.

Ключевые слова: твердые радиоактивные отходы, захоронение, могильник, саркофаг, много-летнемерзлые горные породы, моделирование, радиационная безопасность.

ВВЕДЕНИЕ

В Государственном докладе МЧС РФ о состоянии защиты населения и территорий РФ от чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера особо подчеркивается, что ЧС, связанные с авариями на радиационно-опасных объектах, вследствие их долговременных негативных последствий представляют собой одну из наиболее серьезных угроз населению сопредельных территорий. Основные задачи в области обеспечения радиационной безопасности заложены, в частности, в программу "Основы государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности РФ на период до 2010 года и на дальнейшую перспективу". Программой предусматривается проведение мероприятий по снижению до требуемых уровней негативных воздействий техногенных источников ионизирующего излучения на человека и среду

его обитания, преодоление последствий радиационных аварий.

В 1974 г. при сооружении плотины хвостохра-нилища (ПЯВ "Кристалл") и в 1978 г. при глубинном сейсмическом зондировании земной коры (ПЯВ "Кратон-3") на территории Мирнинского района Республики Саха (Якутия) [10] произошли масштабные выбросы долгоживущих радионуклидов из боевых скважин, а сами взрывы были признаны аварийными. Проведенные в 1981 г. после аварийного подземного ядерного взрыва (АПЯВ) "Кратон-3" реабилитационные работы по захоронению твердых радиоактивных отходов (ТРАО) и дезактивации территории не дали должного эффекта. Из-за радиационного облучения резко возросла заболеваемость местного населения. В связи с этим была поставлена задача - разработать эффективные мероприятия по локализации зоны миграции радионуклидов применительно к условиям многолетней мерзлоты.

ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Первый проект на производство реабилитационных работ был разработан институтом ВНИ-ПИПромтехнология. В соответствии с ним на дезактивированной территории силами Сред-неленской нефтегазоразведочной экспедиции в весенне-летний период 1981 г. был сооружен могильник полууглубленного типа, представляющий собой траншею глубиной 2.5 м, вырытую бульдозерами вблизи устья боевой скважины, в которой были захоронены (без укладки в контейнеры) радиационно-загрязненное технологическое оборудование и грунт. Сверху могильник был засыпан грунтом, вынутым при проходке траншеи, с образованием насыпи (саркофага) высотой 1.5 м, затем была пройдена водоотводная канава, и отсыпан водозащитный вал [4].

О низком качестве проведенных реабилитационных работ свидетельствует тот факт, что так называемый "саркофаг", возведенный над скважиной АПЯВ "Кратон-3", больше напоминал обычную кучу строительного мусора, не имел гидроизоляционного и противоэрозионного экранов, следовательно, не соответствовал существующим требованиям и не выполнял функций защитного барьера. По этой причине дождевые осадки в летнее время беспрепятственно проникали внутрь могильника и насыщались радионуклидами, которые выносились вытекающими из саркофага ручейками. Затем транспортировались в поверхностные водотоки и неизбежно загрязняли сопредельные территории, что также подтверждается материалами проведенных экспедиционных работ на объекте [5, 6].

Вместе с тем выполнение в полном объеме всех необходимых реабилитационных работ по существующим требованиям на объекте сопряжено с громадными трудностями и потребует больших затрат, вследствие его значительной удаленности, бездорожья, сложности подвоза необходимых материалов, контейнеров и т.д.

Для решения этой важной задачи, в рамках разработанной Институтом горного дела Севера СО РАН (ИГДС) Концепции [3], предложен способ герметизации существующего траншейного могильника на объекте "Кратон-3" и возведения саркофага применительно к условиям криолито-зоны с максимальным использованием местных материалов, технологий горного дела и гидротехнического строительства, природных ресурсов и особенностей ландшафта северных территорий.

Концепцией [3] условия захоронения ТРАО на территории криолитозоны должны обеспечивать:

- сохранение устойчивых геометрических размеров саркофага в течение длительного периода (~100 лет);

- поддержание отрицательной температуры отходов в могильнике на протяжении круглого года за счет естественного холода, т.е. без применения холодильных машин.

Вопросы захоронения радиоактивных отходов в зоне распространения многолетней мерзлоты для нужд высокоширотных АЭС и Северного флота рассматривались многими исследователями. В частности, указывалось, что распространение радионуклидов в мерзлых породах может осуществляться за счет миграции по пленкам не-замерзшей воды и диффузии через лед [2]. При этом ореол загрязнения может достигать первых десятков метров за тысячелетие. Кроме того, вокруг тепловыделяющих отходов может образоваться талая зона. Следует отметить, что отходы на объектах "Кристалл" и "Кратон-3" не являются тепловыделяющими, а основная причина загрязнения окружающей территории - вынос радионуклидов при выпадении атмосферных осадков.

Предлагаемая схема герметизации существующего траншейного могильника (М) и возведения саркофага (С) курганного типа представлена на рис. 1. Она разработана на основе известной технологии возведения ледопородных каменно-набросных плотин, строящихся в зимнее время с проливом водой и промораживанием естественным холодом [1]. Такие гидротехнические сооружения широко распространены в северных регионах, строятся уже более 200 лет и относятся к быстро возводимым и относительно дешевым, так как сооружаются из местных грунтов с использованием обычной землеройной техники. В качестве цементирующего материала используется лед [9].

В соответствии с разработанным технологическим регламентом, работы по герметизации М начинаются с наступлением холодного периода по сл е полного промерзания деятельного слоя. Вначале производится предварительная пропитка водой и проморозка естественным холодом уложенных в М ТРАО, что позволяет надежно скомпаундиро-вать их льдом. Затем поверх М намораживается слой льда толщиной 0.5 м путем капельного на-брызгивания (диспергирования) воды в холодный атмосферный воздух, что обеспечивает высокую скорость намораживания. Этот массив выполняет функцию первого защитного барьера, снижающе-

ВОЗВЕДЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ САРКОФАГОВ ПОЛУУГЛУБЛЕННЫХ МОГИЛЬНИКОВ... 257

Рис. 1. Схема защитного саркофага полууглубленных могильников твердых радиоактивных отходов (ТРАО) в криолитозоне: 1 - существующий полууглубленный могильник; 2 - уложенные в могильник ТРАО, сцементированные льдом; 3 - существующая грунтовая насыпь над могильником, сцементированная льдом (замерзшей водой); 4 - 1-й защитный ледяной барьер (панцирь); 5 - слой грунта, сцементированного льдом; 6 - 2-й защитный ледяной барьер (панцирь); 7 - гидроизоляционный экран из полиэтиленовой пленки; 8 - защитный слой из сцементированного льдом песка; 9 - теплоизоляционный слой из местных материалов; 10 - слой грунта; 11 - почвенный слой; 12 - кустарник, многолетние травы.

го диффузионную миграцию радионуклидов. Для выполнения этих работ должна быть оборудована передвижная поливочная установка на базе автосамосвала с обогреваемым кузовом. Размеры ледяного панциря по периметру должны на 1 м превышать размеры траншеи (котлована).

После проморозки панциря поверх него послойно укладывается заготовленный грунт с утрамбовкой и проливом водой [1, 4]. Толщина слоя и расход воды зависят от целого ряда факторов и определяются расчетным путем по методике ИГДС СО РАН [4]. После промораживания первого слоя поверх него укладывается второй слой (по той же технологии) и так далее, до достижения необходимой высоты (~ 3 м) ледопородного монолита (кургана). Затем по вышеописанной технологии вновь намораживается 2-й ледяной панцирь (см. рис. 1) толщиной 0.5 м, также служащий в качестве 2-го защитного барьера.

После засыпки поверхности панциря слоем песка возводится гидроизоляционный экран из полиэтиленовой пленки (стабилизированной добавкой сажи) толщиной 0.4 мм, которая должна отвечать следующим требованиям: морозостойкость - до минус 50 °С; предельная растяжимость при разрыве - 600-800%; прочность на разрыв » » 12 МПа. Соединение полиэтиленовых полотнищ

производится сваркой по общепринятой технологии [1]. Возведенный экран также засыпается слоем песка с его последующей пропиткой водой и проморозкой.

По окончании этих работ поверх промороженного ледопородного массива С возводится теплоизоляционный слой из местных материалов (мох, опилки, шлак, технологическая щепа) для защи

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