Радиационная защита

Рисунок 32. Могильник ВАО шахтного типа в многолетнемерзлых породах:

а – вертикальный разрез ствола шахты; 5 – расположение контейнеров в  сечении ствола в зависимости  от типоразмеров (1 – контейнеры НЗК 220/1,0, НЗК 400/0,3, 1520×1400 мм; 2 – контейнеры УНЗК 150/1,5П, 1620×1620×1250 мм; 3 – контейнеры металлические 1340×1340×3400 мм; 4 – контейнеры НЗК/0,5 СД = 1400, Н = 1600; 5 – контейнеры металлические 1000x1000x1000 мм); в–схема расположения датчиков температур в трубном канале и наблюдательной скважине могильника шахтного типа (1 – крепь устья ствола; 2 – крепь ствола; 3 – контейнеры с РАО; 4 – бетонная отдушка; 5 – засыпки породой устьевой части ствола; 6–защитный слой из литого бетона; 7 – защитный породный слой; ТК – трубный канал; НС–наблюдательная скважина; • – места установки датчиков температур)

 

Профессор О.Л. Кедровский и канд.техн.наук С.А. Чесноков разработали научно-техническое  предложение (Hill) и рассматривают  его как альтернативу другим решениям проблемы захоронения ВАО в виде крупногабаритных элементов АЛЛ ВМФ.

По этому Hill в прибрежных массивах скальных горных пород тоннелепроходческими буровыми машинами роторного типа (ТБМ) проходятся вскрывающие выработки  и основные, предназначенные для  захоронения ВАО, тоннели (рис. 34) [59]. Хранилище на глубине до 500 м выполняется в виде трех прямолинейных параллельнопройденных круглого сечения слабонаклонных тоннелей (1:7–1:15) диаметром 12 м. Вскрывающий пионерный тоннель и вспомогательный многофункциональный тоннель проходят диаметром 4 м.

Подземный комплекс вскрывается также двумя вертикальными стволами. Основной ствол диаметром 9 м проходится бурением сверху вниз, второй (вспомогательный) диаметром 6 м может быть пройден бурением снизу вверх, если будет подход к его основанию из поперечной камеры. Кроме тоннелей круглого сечения, проходят две поперечные технологически необходимые камеры. Длина трех тоннелей для захоронения ВАО равна примерно 5 км. Объем извлекаемой породы при сооружении долговременного хранилища 1100 тыс. м .

Крупногабаритные элементы разделанных подводных лодок упаковываются в транспортные контейнеры и спускаются в основные тоннели для захоронения.

Горные породы, вмещающие выработки  хранилища, для упрочнения и повышения  их непроницаемости подвергаются предварительной  цементации, а в местах повышенной трещиноватости – цементации совместно с глинизацией.

 

Рисунок 33 - Схемы хранилища-траншеи  КНРО в многолетнемерзльгх горных породах (а) и расположения трубных каналов  для размещения датчиков (б):

1 – граница сезонного оттаивания; 2 – борта траншеи; 3 – рабочий объем могильника; 4 – бетонная подушка; 5 – крупногабаритное неразборное радиационноопасное оборудование (КНРО); 6–инженерный барьер; 7 – верхняя граница пород с нулевыми амплитудами колебаний отрицательных температур; 8 – засыпка траншеи грунтом; 9 – технологический навал пород над засыпанной грунтом траншеей; 10 – сезонно-охлаждающие установки (СОУ); 11 – противофильтрационный экран из бентонитового цемента; 12 – рабочий объем могильника; 13 – засыпка траншеи грунтом; 14 – водоизолирующий экран из литого бетона; 15 – защитный экран из уплотненной породы; 16–изолирующая стенка; 17– траншея; ТК–трубные каналы

 

 

Риcунок 34 - Принципиальное конструктивно-компоновочное  решение долговременного хранилища  РАО в прибрежном массиве:

1 –морская акватория; 2 – вскрывающий  слабонаклонный прямолинейный тоннель; 3 – основной вертикальный ствол  диаметром 9 м; 4 – вспомогательный  ствол диаметром 6 м; 5 – поперечные  камеры для перемещения буровых  машин и подачи крупногабаритных  элементов РАО, б–основные предназначаемые для захоронения РАО тоннели диаметром до 12 м; 7– пионерные тоннели диаметром до 4 м; 8–направление проходки буровыми машинами, 9 – вспомогательный многофункциональный тоннель диаметром до 4 м; 10 – бентонитовая гидротермоизоляция; 11 – крупногабаритный элемент захоронения РАО

После расположения в тоннеле контейнеров  с ВАО выполняется герметизация: между крепью выработки и наружной оболочкой контейнера размещается  бентонитовая закладка, которая служит надежным гидротермоизоляционным барьером.

После полной загрузки хранилища и  выполнения гидротермоизоляции контейнеров  с ВАО авторы предлагают осуществлять в основных тоннелях полувековой  мониторинг из вспомогательного многофункционального тоннеля, расположенного ниже основных тоннелей. Авторы утверждают, что использование их предложения создаст экологически равновесную систему: хранилище ВАО в пройденных бурением слабонаклонных тоннелях, изолированных от вмещающих горных пород бентонитовой

гидротермоизоляцией. Полная, изоляция хранилища от биосферы обеспечивается "заливкой бетоном всех проходов". Авторы считают, что их НТП "является альтернативным техническим решением проблемы захоронения ВАО и может занять достойное место среди высоких технологий XXI века" [   ].

Институтом ВНИПИЭТ (Санкт-Петербург) разработаны концептуальные положения создания регионального центра по обращению с радиоактивными отходами Ленинградской области и Санкт-Петербурга. В основу разработки положен принцип поэтапной реализации пяти технологических стадий:

сбор и сортировка РАО;

кондиционирование отходов (переработка  и упаковка);

временное хранение кондиционированных РАО;

транспортировку РАО от мест их образования  и кондиционированных отходов;

окончательное удаление (захоронение) РАО.

При сборе и сортировке жидких (ЖРО) и твердых (ТРО) отходов их разделяют по различным категориям и группам. Каждая категория и группа отличается от других параметрами, пригодностью для переработки по определенным принятым технологиям и способом подготовки для последующего хранения и захоронения.

При кондиционировании объем РАО  минимизируется, форма стабилизируется  и они размещаются в радиационно  защитной упаковке, пригодной для  последующего безопасного хранения. Кондиционированные РАО помещаются во временные хранилища, обеспечивающие их безопасную изоляцию до перемещения для захоронения. Временные хранилища имеют постоянный радиационный контроль, наблюдение и обслуживание.

Транспортировка РАО производится в специальных радиационных упаковках  с надежным контролем.

Окончательная изоляция кондиционированных отходов-обеспечивается размещением их в инженерных сооружениях приповерхностного и подземного типов. Захоронение не предусматривает последующего извлечения РАО, постоянного радиационного контроля, наблюдения и обслуживания. Однако в могильниках

на определенный срок сохраняются  контрольно-наблюдательные и информационно-предупредительные  системы, особенно на период заполнения.

В Санкт-Петербурге и Ленинградской  области находится большое количество поставщиков РАО: Ленинградская АЭС (г. Сосновый Бор) с четырьмя энергоблоками РБМК-1000 (образует до 80 % всех твердых отходов в регионе); спецкомбинат "Радон" (накопил более 50 тыс. м3 РАО, в основном это ТРО ЛАЭС); исследовательские ядерные реакторы, сотни промышленных предприятий, НИИ и медицинских учреждений, использующих изотопы.

Усредненный годовой объем отвержденных и твердых РАО предприятий  региона составляет в настоящее  время более 3,5 тыс. м3/год, а в ближайшем  будущем прогнозируется увеличение объема более чем в 2 раза.

Самый большой объем РАО, образующихся в процессе эксплуатации ЛАЭС, составляют жидкие отходы (ЖРО). На ЛАЭС более 15 лет  кубовые остатки от упаковки ЖРО  битумируются. Битумный компаунд объемом  более 1000 м³ временно хранится в железобетонных отсеках на поверхности земли при станции.

Твердые отходы ЛАЭС и других поставщиков  региона временно хранятся в железобетонных хранилищах на площадке ЛСК "Радон".

"Радон" после усреднения  и выдержки ЖРО упаривает и  битумирует, битумный компаунд хранится  в наземном бетонном хранилище. Горючие ЖРО и ТРО сжигаются, золу фиксируют жидким стеклом и направляют в хранилище ТРО. Негорючие ТРО сваливают в хранилище траншейного типа (наземные или полузаглубленные) в зависимости от уровня активности (I группа + II группа; III группа). Хранилища закрывают бетонными плитами. Эти хранилища, построенные, в основном, по проектам 60-х годов, расположены в неблагополучных геолого-гидрогеологических условиях.

Учитывая сложившуюся обстановку, ВНИПИЭТ предложил создать на базе ЛСК "Радон" Северо-Западный региональный центр по обращению с РАО, состоящий из двух комплексов:

инженерно-технологического комплекса  по сбору и кондиционированию (переработка  и упаковка всех РАО региона, за исключением  ЖРО ЛАЭС и новой АЭС НП-500, перерабатываемых на месте их образования) и временному хранению РАО;

региональной площадки захоронения  и (или) долговременного хранения РАО, образующихся на предприятиях региона

Основные объемы РАО Северо-Западного  региона составляют отходы низкого  и среднего уровней активности, которые можно захоранивать в приповерхностные или подземные сооружения в соответствии с действующими нормативами. Высокоактивные и другие долгоживущие РАО предлагается временно хранить в комплексе подземных сооружений, где захораниваются долгоживущие НАО и САО.

Для сооружения подземного хранилища  кондиционированных РАО выбрана  толща синих глин нижнего кембрия  в месте их выхода на дневную поверхность  вблизи Балтийско-Ладожского уступа (глинта). Мощность глин 100 и более метров. Рельеф района позволяет осуществить строительство подземного хранилища проходкой в центре залегания синих глин вертикального основного технологического ствола и размещением камер хранения и захоронения непосредственно в глине. Необычна конструкция подземных выработок. Рекомендуется строительство сооружения спирального типа, выполняющего функции и могильника и хранилища. Часть камер используется для захоронения короткоживущих отходов, а другая часть – для временного хранения долгоживущих РАО. Над технологическим стволом размещается производственный корпус, где осуществляются основные подготовительные операции с поступающими упаковками (прием, паспортный и радиационный контроль, буферное хранение, классификационная сортировка их на коротко- и долгоживущие, формирование 2-х транспортно-технологических потоков (упаковок, требующих дистанционного обслуживания, и не требующих), доставка их в могильник или в долговременное хранилище и другие операции.

Подземный комплекс представляет собой  горную выработку с герметичной  тоннельной обделкой диаметром 5,63 м, расположенную в горизонтальной плоскости в виде спирали с начальным радиусом 200 м и прямыми вставками длиной 90 м (рис. 35). Расстояние между витками спирали составляет по оси 15 м. С наземным производственным корпусом подземный комплекс соединен технологическим шахтным стволом диаметром 6 м в чугунной обделке, оборудованным подъемной установкой.

 

Рисунок 35. Подземное хранилище  радиоактивных отходов (спиральный вариант):

1 – распределительный тоннель; 2 – технологический ствол; 3 –  транспортный технологический тоннель; 4 – хранилище источников ионизирующих излучений; 5 – лаборатория; 6–участок возможного продолжения строительства; 7 – отсеки для захоронения РАО

Кроме технологического, предусматривается  строительство шахтных стволов  диаметром около 6 м; одного вентиляционного и двух рабочих (строительных), все в чугунной обделке (на рисунке не показаны).

Первый виток спирали замкнут  и является транспортным тоннелем, обслуживающим подземное сооружение полностью в течение всего  периода его эксплуатации. Все остальные витки используются для размещения РАО.

Каждый технологический виток  разделен на части поперечными распределительными тоннелями из монолитного железобетона и по радиусу под определенным углом дополнительно заглушен герметичными пробками, разделяющими тоннель на отсеки под соответствующие виды захораниваемых (хранящихся) отходов. Распределительный тоннель используется как транспортный, а также для целей вентиляции подземного сооружения. Подземный комплекс имеет 3 таких тоннеля. Заглушки делят подземное сооружение на 2 части: сегмент, функционирующий как хранилище, и основную часть – могильник РАО.

Пусковой комплекс, рассчитанный на 5-летнее поступление РАО, состоит  из первого транспортного витка, 6-ти последующих технологических витков спирали и 3-х распределительных тоннелей. Общая длина тоннеля первой очереди (пускового комплекса) составляет 10,7 км, а суммарная – около 55 км. Сооружение тоннеля (всех 7 витков спирали) в сборной железобетонной обделке диаметром 5,63 м, обжимаемой на породу, производится с использованием одного механизированного щита.

В качестве основных несущих конструкций  максимально используются сборные  типовые прогрессивные железобетонные тоннельные и станционные обделки, имеющие широкое применение при  строительстве Санкт-Петербургского метрополитена, элементы которых освоены в производстве.