Все знают, как решить проблему ядерных отходов. Нужно всего лишь найти для этого подходящее место
Грегори Яцко, экс-глава NRC, США
Вот и считай…
(Персонаж Сергея Юрского, фильм «Любовь и голуби»)
В 2008г. в Государственной Думе обсуждался законопроект о правовых условиях для организации в России международных хранилищ ОЯТ (отработавшего ядерного топлива) в форме совместных предприятий под контролем МАГАТЭ. Сообщалось, что «сегодня хранение 1 кг ОЯТ или ВАО (высокоактивных отходов) стоит около 2500 долларов». Принципиальная схема оценки услуг по хранению и конкретное расчетное обоснование этой цифры нам не известны. Но мы разделяем мнение: «Актуальность подходов к вопросам обращения с отработавшим ядерным топливом, обозначенных в законопроекте, требует пристального внимания к этой инициативе» (http://www.atomic-energy.ru/articles/2008/10/05/442?page=1375).
В работах (http://www.proatom.ru/modules.php?file=article&name=News&sid=570; http://www.atomic-energy.ru/articles/2015/04/20/56383; http://nuclearno.ru/text.asp?18152; http://www.greenworld.org.ru/?q=rao_21515) предложено применять горячее изостатическое прессование (ГИП) для кондиционирования контейнеров/пеналов с ВАО/ОЯТ. В настоящей статье рассмотрено предположение о возможном влиянии ГИП-кондиционирования на основные составляющие процесса хранения/захоронения этих материалов.
ИСХОДНЫЕ ИСТОРИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОСЫЛКИ
1. Для конкретности и допустимого упрощения рассматриваем лишь один из вариантов последней стадии обращения с ВАО/ОЯТ – их захоронение. Его в международном контексте нужно считать основным. На такой вариант стратегически ориентируются главные атомные страны (США, ГЕРМАНИЯ, КАНАДА, ШВЕЦИЯ, ФИНЛЯНДИЯ, большей частью - ВЕЛИКОБРИТАНИЯ, ЯПОНИЯ, КИТАЙ). А также все менее продвинутые в атомной отрасли страны, которые (к тому же) не производят собственного свежего топлива, а пользуются топливом лидера мировых поставок – США. Стадии захоронения во многом технологически близок вариант долговременного хранения ВАО/ОЯТ «до периода востребованности СМАКа – сырьевого материала атомного комплекса» (терминология В.И. Полякова).
2. Доминирующим является вариант захоронения/хранения ВАО/ОЯТ с применением специальных подземных комплексов, основные функциональные части которых, как правило, по конструкции и технологии строительства существенно отличаются от наиболее освоенных горных выработок, массово применяемых при добыче полезных ископаемых. Зарубежные исследования таких комплексов имеют солидную историю (от 40-50 лет). Некоторые объекты уже находятся на пороге строительства. Это и хорошо, и плохо. Позитив: исследования и строительство детально проработаны технологически, нет шансов у классического магистрального зарубежного направления (Швеция, Финляндия, Канада – скальные породы высокого качества) серьезно найти компромат или существенно улучшить проекты в контексте экологической безопасности. Компромат могут найти лишь в тех случаях, когда разработчики отступают от магистрального направления или по типам пород (туфы – США, мерзлота, известняки, гнейсы – Россия), или по технологии поэтапного выбора площадки (Красноярск, см. ответ на многократно повторенный в таблице 8.1, но не вошедший в итоги пункта 9.8 вопрос «Почему объект строится в Красноярском крае. ЗАТО г. Железногорска?» - объект федерального, как минимум, значения и никаких альтернативных вариантов по России даже приличия ради не предусматривалось!?, https://cloud.mail.ru/public/9V77/FKWiSgNcw, том 3, а также http://viperson.ru/wind.php?ID=678896 и http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=6084 с комментариями). Негатив: сохраненное для многократно зарезервированного запаса безопасности еще с теоретического этапа (40-50 лет назад, когда опыта и информации было мало) устремление к уникальности и сложности комплексов, естественно, привело к удорожанию и без того не дешевых подземных работ.
3. Да, ГИП-кондиционирование еще повысит уже избыточно высокую надежность обоснования экологической безопасности таких комплексов. Например, у шведов до сих пор (с ориентацией на выполнение норм безопасности в интервале, как минимум, 100 тысяч лет!) есть «ряд вопросов» к технологии изготовления медно-чугунных контейнеров хранения ОЯТ (http://www.atomic-energy.ru/news/2015/06/29/58003). Но надеяться при вычленении отдельных затрат на значимый плюсовой экономический эффект от применения ГИП-кондиционирования на таком классическом пути не стоит.
ИСХОДНЫЕ СОВРЕМЕННО-ПРАГМАТИЧЕСКИЕ ПОСЫЛКИ
1. Тенденция, отмеченная главой МАГАТЭ. «Идея обращения с ОЯТ с участием нескольких стран уже назрела, в этой области ведутся исследования, но я считаю, что это тема должна обсуждаться в будущем», – сказал Ю. Амано, отвечая на вопрос о возможности создания международных центров для различных стадий ядерного топливного цикла (http://www.atomic-energy.ru/news/2015/06/22/57848).
2. Новые, «постклассические», исследования уже намечают, можно сказать, прорывные направления. Например, ставшая возможной только сейчас (фантазии-задумки были и раньше, в том числе и в России) менее затратная (в этом можно не сомневаться) технология Великобритании – глубокие (до 5 км) скважины большого (до 60 см) диаметра (http://www.atomic-energy.ru/news/2015/04/16/56305; http://www.atomic-energy.ru/news/2015/05/05/56696).
3. Потенциям подобных прорывных направлений независимо от них (параллельный процесс) создают благоприятную правовую базу. Например, в России. Федеральный закон от 11 июля 2011 г. N 190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» фиксирует, соответственно реальным трудностям приближающегося практического этапа вывода из эксплуатации ядерных объектов с наработкой большого объема отходов, явную и объективную тенденцию расширительного толкования мест их захоронения, вводя возможность захоронения «особых отходов» там, где первоначально это не предполагалось и возможность этого не изучалась (ныне же достаточно дать для таких мест благоприятный геолого-экологический прогноз на 1000 лет!?). К сожалению, российские же нормативно-правовые документы разного уровня часто при таком расширительном подходе (в целом позитивном) не имеют фильтров против субъективных, граничащих с сознательной дезинформацией отнюдь не в интересах общества, оценок экологической безопасности (http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=6084 с комментариями), вплоть до подмены понятий (гранитоиды Нижнеканского массива и гнейсы площадки заложения горных выработок Красноярского хранилища/могильника, которая лишь на 4,5 км удалена от Енисея, а пятью ручьями и малыми реками практически вообще связана с ним, и Красноярского ГХК – не одно и то же, ситуационный план http://www.atomic-energy.ru/news/2015/07/02/58084; http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=5226). Поэтому целесообразно российские правовые документы и конкретные нормы, как минимум, тщательно сопоставлять с зарубежными. А в организации работ – ориентироваться на международные проекты.
Кроме того, Росатом отрабатывает технологии консервации/захоронения промышленных/военных реакторов (http://ria.ru/atomtec_news/20150709/1123345707.html; http://news.vtomske.ru/news/96689.html) и хранилищ жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината (Томск) непосредственно на месте их расположения и обещает тиражировать эти технологии на других объектах (http://www.itar-tass.com/c96/935360.html). В Железногорске законсервировано подземное хранилище радиоактивных пульп (http://spetsstroy.ru/pressroom/spsnews/25027/). Кроме того, в Железногорске, дополнительно к могильнику Нижнеканского массива, будут навечно захоронены непосредственно на месте их эксплуатации промышленные реакторы ГХК и другие высокоактивные материалы (в том числе, с фрагментами разрушенного отработавшего топлива, http://www.sibghk.ru/news/2207-gkhk-gotov-k-eksportu-tekhnologij-bezopasnogo-vyvoda-iz-ekspluatatsii-radiatsionnykh-proizvodstv.html).
4. ГИП-кондиционирование на таком «постклассическом» пути может очень даже быть востребованным. Оно позволит соединить достоинство классики (магистрально выбранные скальные породы) и достоинство современных, ориентированных на экономические реалии, направлений (устремленность без потери экологического качества на упрощение и удешевление применяемых горных технологий и комплексов). А также – снизить риск негативных последствий от завышенных оценок защитных свойств вмещающих хранилища пород, когда экспериментальные исследования этих свойств для имеющих незначительную историю детального геологического изучения массивов (к ним относится и горный массив размещения Красноярского ГХК/Красноярских могильников) подменяют в неразумных объемах математическим моделированием, а техническую ликвидацию потенциальных причин загрязнения «до того» – мониторингом загрязнения «после того». Кроме того, возможно, частично удастся демпфировать неудачную для РФ тенденцию (http://nuclearno.ru/text.asp?18164; http://interfax.com.ua/news/economic/274950.html) по выдавливанию Росатома с зарубежного рынка свежего топлива даже применительно к реакторам российского дизайна. Неоспоримая доля от ГИП-кондиционирования в суммарном экономическом эффекте уже может быть заметной.
ИСХОДНЫЕ ЦИФРЫ И ПРИМЕР ЭФФЕКТА В РЕЗУЛЬТАТЕ ГИПОТЕТИЧЕСКОГО ИЗБАВЛЕНИЯ ОТ ЗАТРАТНОЙ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЗАХОРОНЕНИЯ
1. Швеция, 10 энергоблоков на трех АЭС, технология KBS-3, 4500 медных чехлов с ОЯТ (кассеты/топливные сборки) в стальных/чугунных капсулах по 12 ТВС в каждом чехле (http://rosrao.ru/wps/wcm/connect/rosrao/rosraosite/conversion/int_experience/8b2eec804473be61a5b7efc800b48570; http://publicatom.ru/blog/ecoblog/613.html; http://www.atomic-energy.ru/smi/2014/05/29/49243). Стоимость строительства шведского хранилища ОЯТ на площадке Форсмарк оценивается как 24 миллиарда шведских крон (2,7 миллиарда евро, это еще не «потолок», так как год от года цифру прогноза повышают, а строительство фактически еще не началось). Вместительность хранилища составит 12000-15000 тонн топлива по тяжёлым металлам (http://www.atominfo.ru/newsg/n0790.htm). Объем ОЯТ (видимо, упаковок): 20 тыс. куб. м) (https://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/CEG/documents/ws062006_10R.pdf).
2. Финляндия. Стоимость финского хранилища по той же технологии KBS-3 оценивается в 3 миллиарда евро (по другим данным - 3,3 миллиарда долларов). Вместительность хранилища составит 12000 тонн топлива по тяжёлым металлам. (http://www.atominfo.ru/newsg/n0790.htm).
Финляндия. Стоимость капитальных (на строительство) удельных затрат при захоронении ОЯТ: 3 300 000 000 долларов : 12 000 тонн = 275 000 долл/т.
3. США, Юкка-Маунтин, вместимость 77 000 тонн (http://energyfuture.ru/krax-proekta-yucca-mountain), стоимость хранилища неоднократно пересматривалась в сторону увеличения, при оценке в 100 млрд долларов финансирование и работы прекратили, удельные капитальные затраты (оценочно/по прогнозу) составляют: 100 000 000 000 долларов : 77 000 тонн = 1 300 000 долл/т.
ТАКИМ ОБРАЗОМ: опережающие оценки удельных капитальных затрат при классическом подземном захоронении ВАО/ОЯТ колеблются в зависимости от масштаба объекта, места размещения и разработанной технологии в пределах 275 тыс. долларов – 1 300 тыс. долларов за тонну утилизируемого материала (оценки объективно занижены, так как при реальном строительстве затраты будут больше).
4. Объем ВАО и САО для Красноярского геологического хранилища/могильника планируется (для поставок от Красноярского ГХК, Сибирского ХК и ПО «Маяк») не более 160-200 тыс. куб. м (https://cloud.mail.ru/public/9V77/FKWiSgNcw, тома 2 и 3).
5. В первом приближении ясно, что эксплуатационные расходы при затаривании хранилища упаковками и его консервации для классического варианта будут не меньше, чем для новых направлений.
6. Если ГИП-кондиционирование будет обеспечивать гарантию герметичности упаковок на 100-1000 лет, то для новых направлений захоронения роль других инженерных барьеров снижается, их можно минимизировать и весь эффект от разницы в капитальных затратах обоснованно можно отнести на долю ГИП-кондиционирования.
7. Конкретный пример при дальнейшем развитии, не снижая экологической безопасности, логики «постклассических» прорывных технологий. А логику эту развивать надо. Иначе бюджет Росатома существенно пострадает из-за значительных (предварительно 27 триллионов рублей) финансовых запросов на захоронение. Тем более, что «нефтегазовое счастье» покидает Россию надолго, если не навсегда (http://www.promved.ru/articles/article.phtml?id=2819&nomer=94).
Выводимый из эксплуатации карьер «Центральный» Кольской ГМК Норникеля. Проектная глубина - 400 м, выработанный свободный и доступный объем – сотни миллионов куб. м (http://www.kolasc.net.ru/russian/innovation/ksc70/3.7.pdf). Капитальных затрат при использовании в качестве хранилища/могильника практически не требуется/они несравнимо малы. Возможно без существенного изменения запасов свободного пространства утилизировать даже без бурения скважин, просто послойно на стеллажах/в штабелях с буферной породной засыпкой для дополнительной гарантии исключения негативных процессов в зоне захоронения, начиная от дна карьера, объемы ВАО/ОЯТ, эквивалентные объемам СОТЕН классических объектов подземного захоронения шведско-финских и даже СОТНИ объектов типа Юкка-Маунтин/Красноярского. При необходимости хватит места и для других категорий РАО (например, Ленинградской и Архангельской областей; это, и не в первый раз, обсуждали в достаточно представительной аудитории еще в 2000г., http://nuclearno.ru/text.asp?1325; http://enu.kz/repository/repository2012/NNC_RK_Bulletin_4_12_2002.pdf). Напорных глубинных вод в карьере нет. Вода природных осадков, поступающая естественным путем в карьер, с глубин 300-400 м вверх к земной поверхности не пойдет. К тому же имеет место переток воды со дна карьера в подземные выработки рудника «Северный Глубокий» (что гарантированно исключит даже теоретическую возможность появления переносчика радионуклидов к земной поверхности). Вода природных осадков со дна карьера будет уходить в «пруды-отстойники» подземного рудника либо дренировать на большие по сравнению с зоной размещения ОЯТ/РАО глубины внутрь Земли (куда будет уходить вода из Красноярского могильника?). Всегда подвергаясь процессам очищения в огромных подземных пространствах. «Северный Глубокий» - уникальный рудник, который ко времени обустройства и эксплуатации карьера по новому назначению будет, скорей всего, также закрыт применительно к добыче медно-никелевых руд из-за их исчерпания. «Северный Глубокий», сочлененный с карьером «Центральный», - один из крупнейших подземных рудников в цветной металлургии (глубина ствола - 1280 метров, http://balum.us/ru/news/184/). Объемы его отработанного пространства, которые со временем также станут свободными, - резерв не только для направленного и без участия человека отвода воды из карьера, но и, при необходимости, для образования дополнительных (уникальность и сочетания двух типов крупных горных выработок) секций хранилища/могильника. Для унификации специфических работ в зоне размещения ВАО/ОЯТ многие операции и оборудование при создании и эксплуатации секций как в карьере, так и в подземных выработках могут быть заимствованы из технологических предложений по непосредственно камерам для отходов в Красноярском хранилище/могильнике (https://cloud.mail.ru/public/9V77/FKWiSgNcw, том 3). Равно как и Подземная Исследовательская Лаборатория (ПИЛ) в целом, проектируемая для Красноярска, может быть с большей пользой реализована на Печенге (если уже установлено – таблица 8.1 тома 3 и http://viperson.ru/wind.php?ID=678896, что «в соответствии с ранее выполненными НИОКР существующие объекты ФГУП ФЯО «ГХК» не применимы для целей надежной окончательной изоляции заявленных количеств РАО 1 и 2 классов», то какова объективная вероятность, что созданная рядом в том же горном массиве ПИЛ приведет к положительному заключению? Ответ: близкая к нулю). Печенгская ПИЛ (в готовых выработках или сопряженная с ними) положит начало новому ГХК – уже международному и в условиях хорошо изученных и пригодных для захоронения/хранения ВАО/ОЯТ геологических формаций. Международному с самого начала и открыто. А не как Красноярский могильник, который пока афишируется как исключительно российский, а исподволь уже сейчас готовится как международный. Экономия только на капитальных горно-строительных затратах вспомогательного назначения при переходе от национальных (российского – Красноярск и зарубежных) классических подземных хранилищ/могильников к такому международному объекту составит минимум СОТНИ миллиардов долларов.
Evolution of concepts for underground storage / burial of spent nuclear fuel / radioactive waste
Самаров В.Н., Непомнящий В.З. (фирма «Лаборатория Новых Технологий», Москва, Россия - Калифорния, США)
Комлева Е.В. (Институт философии и политологии, Технический университет, Дортмунд, Германия)
Victor Samarov, Vitaly Nepomnutshy (LNT PM Inc., Garden Grove, CA)
Elena Komleva (Institute for Philosophy and Political Science, TU Dortmund University, Germany)
