Что нам стоит дом для РАО построить (про аварию на Хэнфорде)
Мне кажется, у людей, эпизодически сталкивающихся с новостями из атомной отрасли иногда складывается впечатление, что некоторые вещи тут переусложнены. Например обращение с радиоактивными отходами (РАО) - причем речь идет не о ощутимо опасных штуках, как отработанное ядерное топливо (ОЯТ), а например загрязненное оборудование, здания, одноразовая одежда, деконтаминационный материал и вода и т.п. Все эти сортировки в защитных камерах, резки, отмывки, выпаривание воды, которой отмывали, цементирование выпаренного остатка и т.п.
Примером такого ощущения для меня являются комментарии к недавнему рассказу про разбор Игналинской АЭС - "зачем тратить 3 миллиарда евро и 30 лет, залили бетоном и все". В таком предложении все хорошо, кроме масштабов времени, с которым сталкиваются инженеры, занимающиеся проектированием сооружений и процедур обращения с РАО. Радионуклиды, образующиеся в ядерных реакторах имеют периоды полураспада от миллисекунд до миллионов лет, но сложны в обращении из них те, периоды полураспада которых лежат в диапазоне от полугода до ста тысяч лет. Все что распадается короче, чем за полгода - распадется до безопасных значений за 10...20 лет, и в общем попадает в "человеческие" по длительности процедуры обращения с материальным миром. То, что имеет период полураспада выше 100 тысяч лет, низкоактивно (напомню, что активность обратно пропорциональна периоду полураспада), и в принципе может быть разбавлено до безопасных концентраций или сразу имеет безопасные концентрации.
Приповерхностное захоронение низкоактивных и короткоживущих среднеактивных РАО в гидроизолированных траншеях - расчитано на 100-200 лет.
В этот зазор по периоду полураспада попадает много известных радионуклидов, например 137Cs, 90Sr, 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am, 14C, 3H и еще много других. Это значит, что типичные загрязнения атомных объектов в общем, не сортированном виде будут представлять опасность тысячелетиями. Это легко написать, но сложно представить: каким образом можно сохранять целостность "просто залитого бетоном здания" тысячелетиями, не давая ему размываться осадками, разрушаться температурными перепадами и растительностью, выветриваться и разносить радионуклиды по окрестностям.
Текущий и будущий внешний вид крупнейшего французского захоронения короткоживущих среднеактивных отходов в Манше.
Собственно, на таком сроке существует даже проблема донести до потомков, что данный объект опасен. Можем ли мы вообразить, что гипотетическое скифское хранилище РАО, построенное во 2 веке, было бы нам известно и опасность его была бы понятна без изобретения дозиметров?
Впрочем, как раз из скифской практики понятно, какие сооружения могут продержаться тысячилетия - это курганы. Именно в, по сути, курганах сегодня захоранивают РАО средней активности, с расчетом, что когда захоронение потеряет свою гидроизолирующую способность, радионуклиды уже распадутся в достаточной степени.
Самые неприятные радионуклиды - высокоактивные или с долгим периодом полураспада захоранивают в подземных шахтных сооружениях, например РАО с Хэнфорда (о котором сегодня речь) собираются захоранивать в подземном комплексе WIPP (на фото)
Отсюда же другая известная дилема - захоронений ОЯТ пока не существует не потому что, не понятно как это сделать, а потому что не существует быстрых способов убедиться в стойкости изоляции ОЯТ (обычно в штольнях в гранитах или солях на глубине не менее 500 метров) в течении полумиллиона лет - именно столько требуется радионуклидам ОЯТ, что бы естественный распад снизил удельную активность бывшего топлива до безопасных значений. Сейчас в мире есть несколько геолабораторий (более подробная статья), где собираются данные по подвижности и проницаемости пород, которые можно будет экстраполировать на сотни тысяч лет вперед. Т.е. еще раз - технология понятно, но нет строго доказательсва на 500 тысяч лет вперед.
Закрепляет мою мысль недавнее происшествие на американском Hanford site, известной площадке, где в 1944 году был получены первые в мире товарные количества оружейного плутония: местное происшествие показывает, что и через 70 лет просто оставленные РАО не дают о себе забыть, заставляя нервничать и тратится, и что нормальное их захоронение - дорогая, но необходимая альтернатива. Позволю себе процитировать описание произошедшего с atominfo.ru:
Инцидент 9 мая
Объект "Ханфорд", стоящий на берегу реки Колумбия в штате Вашингтон - один из крупнейших американских военных ядерных объектов времён холодной войны. Среди прочего, здесь в период 1944-1988 годов производили плутоний для военной программы. Нежелательным побочным результатом этой деятельности стало образование большого количества отходов, хранение которых было организовано непосредственно на площадке.
Когда говорят о ханфордских отходах, то обычно имеют в виду, в первую очередь, баки с жидкими отходами. Однако инцидент 9 мая 2017 года произошёл не с ними, а в одном из тоннелей, в которых хранится часть отходов плутониевого завода.
Плутониевый завод (PUREX plant).
Тоннели идут на юг от восточной стороны завода (юг на фотографии - вверху).
Утром 9 мая 2017 года работники объекта обнаружили провал грунта в насыпи над одним из тоннелей. Размеры провала составили примерно 20×20 футов (примерно 6×6 метров). На объекте была объявлена чрезвычайная ситуация уровня "Alert" (Внимание!), предполагающая, что персонал, не находящийся вблизи места инцидента, не подвергается опасности. Спустя несколько часов, однако, ЧС переклассифицировали более высоким уровнем "Site Area Emergency" (чрезвычайная ситуация на площадке). Данный уровень предполагает, что опасность не выйдет за пределы объекта "Ханфорд", но для персонала, находящегося на объекте, присутствует опасность. Часть работников была временно эвакуирована.
Провал, фото Ханфорд.
По результатам измерений было установлено, что выброса не произошло. На следующий день, 10 мая 2017 года, работники засыпали провал в насыпи над тоннелем
Объект "Ханфорд" распространил видео о ходе работ по засыпке провала. Работники в ходе операции использовали средства индивидуальной защиты (спецодежда, воздушные фильтры), а поливальная машина прибивала поднимавшуюся пыль.
Работы по засыпке провала, фото Ханфорд.
Тоннели плутониевого завода
Всего от плутониевого завода отходят два тоннеля. Наиболее старый из них, известный также как тоннель №1, был построен в 1956 году.
Внутри тоннеля №1 проложена однопутная железная дорога. Её использовали для доставки на плутониевый завод облучённых материалов для переработки, а впоследствии переориентировали на хранение отходов, размещавшихся в железнодорожных вагонах, специально приспособленных для этих целей. К месту стоянки вагоны доставлялись дистанционно управляемым локомотивом. В принципе, каждый из вагонов можно извлечь из тоннеля, однако в связи с тем, что тоннель фактически представляет собой железнодорожный тупик, эту операцию можно производить только по принципу стека (последним вошёл - первым вышел).
Тоннель №1 имеет прямоугольное сечение 19×22 футов (5,8×6,7 метров), его длина - 358 футов (более 109 метров). В тоннеле достаточно места для размещения восьми вагонов с отходами. Стены тоннеля №1 - бетонные на участке длиной 100 футов (30,5 метров), прилегающем к соединению с тоннелем №2, и деревянные на остальной длине. Сверху тоннель прикрыт слоем грунта примерно 8 футов (более 2,4 метров).
Провал грунта 9 мая 2017 года был обнаружен именно на тоннеле №1, на участке вблизи соединения с тоннелем №2.
Строительство тоннеля №1, октябрь 1955 года, фото "Westinghouse".
Строительство тоннеля №2 было завершено в 1964 году. Его протяжённость составляет 1686 футов (около 514 метров). В тоннеле хватает места для 40 вагонов с отходами, однако в настоящее время в нём находится всего 28 вагонов. Тоннель №2 отличается от первого тоннеля как формой, так и материалами - его делали уже более надёжным.
Первый вагон с отходами был поставлен в тоннеле №2 в декабре 1967 года, а последний, 28-ой по счёту - в августе 2000 года. Всего в тоннеле находятся 23 вагона с отходами плутониевого завода, два вагона с отходами здания №324 (лаборатория химии и материалов) и три вагона с баками для жидких отходов ёмкостью 20 тысяч галлонов (75,7 тысяч литров) каждый.
Строительство тоннеля №2, август 1964 года, фото "Westinghouse".
Сравнение сечений туннелей.
Содержимое тоннелей
Отходы, хранящиеся в обоих тоннелях, представляют собой загрязнённое оборудование, а также промышленные отходы плутониевого завода и некоторых других зданий и лабораторий объекта "Ханфорд". Некоторое оборудование помещено в контейнеры, однако значительная часть оборудования установлена непосредственно в вагоны без дополнительной защиты. В тоннелях не хранятся делящиеся материалы или отходы переработки облучённого топлива. Однако содержимое тоннелей загрязнено как по изотопам плутония и америция, так и по изотопам 137Cs и 90Sr.
Кроме того, в отходах присутствуют барий, кадмий, хром, свинец, ртуть, серебро и соли серебра, масла и другие вещества. Суммарную активность в обоих тоннелях можно оценить только приблизительно. По некоторым оценкам, всего в тоннеле №1 содержится 20-30 тысяч кюри, а в тоннеле №2 - более 500 тысяч кюри.
Инцидент 9 мая 2017 года завершился относительно благополучно, без выбросов. Однако он стал ещё одним напоминанием о том, что проблему ядерного наследия необходимо решать, иначе она может напомнить о себе - причём весьма чувствительно.
Примером такого ощущения для меня являются комментарии к недавнему рассказу про разбор Игналинской АЭС - "зачем тратить 3 миллиарда евро и 30 лет, залили бетоном и все". В таком предложении все хорошо, кроме масштабов времени, с которым сталкиваются инженеры, занимающиеся проектированием сооружений и процедур обращения с РАО. Радионуклиды, образующиеся в ядерных реакторах имеют периоды полураспада от миллисекунд до миллионов лет, но сложны в обращении из них те, периоды полураспада которых лежат в диапазоне от полугода до ста тысяч лет. Все что распадается короче, чем за полгода - распадется до безопасных значений за 10...20 лет, и в общем попадает в "человеческие" по длительности процедуры обращения с материальным миром. То, что имеет период полураспада выше 100 тысяч лет, низкоактивно (напомню, что активность обратно пропорциональна периоду полураспада), и в принципе может быть разбавлено до безопасных концентраций или сразу имеет безопасные концентрации.
Приповерхностное захоронение низкоактивных и короткоживущих среднеактивных РАО в гидроизолированных траншеях - расчитано на 100-200 лет.
В этот зазор по периоду полураспада попадает много известных радионуклидов, например 137Cs, 90Sr, 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am, 14C, 3H и еще много других. Это значит, что типичные загрязнения атомных объектов в общем, не сортированном виде будут представлять опасность тысячелетиями. Это легко написать, но сложно представить: каким образом можно сохранять целостность "просто залитого бетоном здания" тысячелетиями, не давая ему размываться осадками, разрушаться температурными перепадами и растительностью, выветриваться и разносить радионуклиды по окрестностям.
Текущий и будущий внешний вид крупнейшего французского захоронения короткоживущих среднеактивных отходов в Манше.
Собственно, на таком сроке существует даже проблема донести до потомков, что данный объект опасен. Можем ли мы вообразить, что гипотетическое скифское хранилище РАО, построенное во 2 веке, было бы нам известно и опасность его была бы понятна без изобретения дозиметров?
Впрочем, как раз из скифской практики понятно, какие сооружения могут продержаться тысячилетия - это курганы. Именно в, по сути, курганах сегодня захоранивают РАО средней активности, с расчетом, что когда захоронение потеряет свою гидроизолирующую способность, радионуклиды уже распадутся в достаточной степени.
Самые неприятные радионуклиды - высокоактивные или с долгим периодом полураспада захоранивают в подземных шахтных сооружениях, например РАО с Хэнфорда (о котором сегодня речь) собираются захоранивать в подземном комплексе WIPP (на фото)
Отсюда же другая известная дилема - захоронений ОЯТ пока не существует не потому что, не понятно как это сделать, а потому что не существует быстрых способов убедиться в стойкости изоляции ОЯТ (обычно в штольнях в гранитах или солях на глубине не менее 500 метров) в течении полумиллиона лет - именно столько требуется радионуклидам ОЯТ, что бы естественный распад снизил удельную активность бывшего топлива до безопасных значений. Сейчас в мире есть несколько геолабораторий (более подробная статья), где собираются данные по подвижности и проницаемости пород, которые можно будет экстраполировать на сотни тысяч лет вперед. Т.е. еще раз - технология понятно, но нет строго доказательсва на 500 тысяч лет вперед.
Закрепляет мою мысль недавнее происшествие на американском Hanford site, известной площадке, где в 1944 году был получены первые в мире товарные количества оружейного плутония: местное происшествие показывает, что и через 70 лет просто оставленные РАО не дают о себе забыть, заставляя нервничать и тратится, и что нормальное их захоронение - дорогая, но необходимая альтернатива. Позволю себе процитировать описание произошедшего с atominfo.ru:
Инцидент 9 мая
Объект "Ханфорд", стоящий на берегу реки Колумбия в штате Вашингтон - один из крупнейших американских военных ядерных объектов времён холодной войны. Среди прочего, здесь в период 1944-1988 годов производили плутоний для военной программы. Нежелательным побочным результатом этой деятельности стало образование большого количества отходов, хранение которых было организовано непосредственно на площадке.
Когда говорят о ханфордских отходах, то обычно имеют в виду, в первую очередь, баки с жидкими отходами. Однако инцидент 9 мая 2017 года произошёл не с ними, а в одном из тоннелей, в которых хранится часть отходов плутониевого завода.
Плутониевый завод (PUREX plant).
Тоннели идут на юг от восточной стороны завода (юг на фотографии - вверху).
Утром 9 мая 2017 года работники объекта обнаружили провал грунта в насыпи над одним из тоннелей. Размеры провала составили примерно 20×20 футов (примерно 6×6 метров). На объекте была объявлена чрезвычайная ситуация уровня "Alert" (Внимание!), предполагающая, что персонал, не находящийся вблизи места инцидента, не подвергается опасности. Спустя несколько часов, однако, ЧС переклассифицировали более высоким уровнем "Site Area Emergency" (чрезвычайная ситуация на площадке). Данный уровень предполагает, что опасность не выйдет за пределы объекта "Ханфорд", но для персонала, находящегося на объекте, присутствует опасность. Часть работников была временно эвакуирована.
Провал, фото Ханфорд.
По результатам измерений было установлено, что выброса не произошло. На следующий день, 10 мая 2017 года, работники засыпали провал в насыпи над тоннелем
Объект "Ханфорд" распространил видео о ходе работ по засыпке провала. Работники в ходе операции использовали средства индивидуальной защиты (спецодежда, воздушные фильтры), а поливальная машина прибивала поднимавшуюся пыль.
Работы по засыпке провала, фото Ханфорд.
Тоннели плутониевого завода
Всего от плутониевого завода отходят два тоннеля. Наиболее старый из них, известный также как тоннель №1, был построен в 1956 году.
Внутри тоннеля №1 проложена однопутная железная дорога. Её использовали для доставки на плутониевый завод облучённых материалов для переработки, а впоследствии переориентировали на хранение отходов, размещавшихся в железнодорожных вагонах, специально приспособленных для этих целей. К месту стоянки вагоны доставлялись дистанционно управляемым локомотивом. В принципе, каждый из вагонов можно извлечь из тоннеля, однако в связи с тем, что тоннель фактически представляет собой железнодорожный тупик, эту операцию можно производить только по принципу стека (последним вошёл - первым вышел).
Тоннель №1 имеет прямоугольное сечение 19×22 футов (5,8×6,7 метров), его длина - 358 футов (более 109 метров). В тоннеле достаточно места для размещения восьми вагонов с отходами. Стены тоннеля №1 - бетонные на участке длиной 100 футов (30,5 метров), прилегающем к соединению с тоннелем №2, и деревянные на остальной длине. Сверху тоннель прикрыт слоем грунта примерно 8 футов (более 2,4 метров).
Провал грунта 9 мая 2017 года был обнаружен именно на тоннеле №1, на участке вблизи соединения с тоннелем №2.
Строительство тоннеля №1, октябрь 1955 года, фото "Westinghouse".
Строительство тоннеля №2 было завершено в 1964 году. Его протяжённость составляет 1686 футов (около 514 метров). В тоннеле хватает места для 40 вагонов с отходами, однако в настоящее время в нём находится всего 28 вагонов. Тоннель №2 отличается от первого тоннеля как формой, так и материалами - его делали уже более надёжным.
Первый вагон с отходами был поставлен в тоннеле №2 в декабре 1967 года, а последний, 28-ой по счёту - в августе 2000 года. Всего в тоннеле находятся 23 вагона с отходами плутониевого завода, два вагона с отходами здания №324 (лаборатория химии и материалов) и три вагона с баками для жидких отходов ёмкостью 20 тысяч галлонов (75,7 тысяч литров) каждый.
Строительство тоннеля №2, август 1964 года, фото "Westinghouse".
Сравнение сечений туннелей.
Содержимое тоннелей
Отходы, хранящиеся в обоих тоннелях, представляют собой загрязнённое оборудование, а также промышленные отходы плутониевого завода и некоторых других зданий и лабораторий объекта "Ханфорд". Некоторое оборудование помещено в контейнеры, однако значительная часть оборудования установлена непосредственно в вагоны без дополнительной защиты. В тоннелях не хранятся делящиеся материалы или отходы переработки облучённого топлива. Однако содержимое тоннелей загрязнено как по изотопам плутония и америция, так и по изотопам 137Cs и 90Sr.
Кроме того, в отходах присутствуют барий, кадмий, хром, свинец, ртуть, серебро и соли серебра, масла и другие вещества. Суммарную активность в обоих тоннелях можно оценить только приблизительно. По некоторым оценкам, всего в тоннеле №1 содержится 20-30 тысяч кюри, а в тоннеле №2 - более 500 тысяч кюри.
Инцидент 9 мая 2017 года завершился относительно благополучно, без выбросов. Однако он стал ещё одним напоминанием о том, что проблему ядерного наследия необходимо решать, иначе она может напомнить о себе - причём весьма чувствительно.