2011/2010/2009/2008/2007/2006/2005

Захоронение радиоактивных отходов

В результате комплексных исследований научных, инженерных аспектов и сравнительного анализа вариантов долговременного хранения аварийных реакторных блоков атомных подводных лодок (АПЛ) разработана концепция создания безопасного целевого подземного хранилища. Выполнены технико-экономические расчёты и дана оценка экологической безопасности предлагаемого варианта решения проблемы, имеющей приоритетное значение не только для Северо-Западного региона России, но и для Дальнего Востока. Особую значимость предлагаемые технические решения приобретают в связи с планируемым подъёмом затопленных в Карском море реакторных блоков аварийных АПЛ и последующим их долговременным хранением.
Исследования направлены на решение проблемы обеспечения ядерной, радиационной и экологической безопасности аварийных реакторных блоков АПЛ при их долговременном хранении.

Комплексный подход в проведении научных исследований обусловлен исключительной важностью создаваемого объекта – подземного долговременного хранилища аварийных АПЛ, отнесённого к высшей категории ответственности.
Системный анализ вариантов способов хранения аварийных реакторных блоков АПЛ позволил обосновать методологию разработки концепции для их подземного хранения.

Радиационная и экологическая безопасность подземного хранилища аварийных АПЛ обеспечивается за счёт мультибарьерной изоляции, включающей в себя корпус лодки, крепи подземных выработок, герметичные затворы на выходах и скальный массив – основной защитный барьер от всех внешних воздействий.

Разработана конструктивно-компоновочная модель подземного хранилища. Рассчитаны основные параметры подземного хранилища, взаимное расположение выработок и их геометрические размеры (рис. 1).

Рисунок 1 – Конструктивно-компоновочная модель подземного хранилища аварийной АПЛ.

Дана оценка рисков для различных рассматриваемых концепций при воздействии на объекты хранения: цунами (наводнение), падения летательного аппарата и диверсии. По результатам анализа рисков наиболее безопасной признана концепция с подземным размещением объекта долговременного хранения аварийных АПЛ, поскольку риски от внешних воздействий в данном случае минимальны (рис. 2).

Рисунок 2 - Оценка рисков явлений для различных концепций хранения аварийной АПЛ.

Проведены численные расчеты деформационно-силовых характеристик крепи подземных модулей и вспомогательных выработок хранили¬ща. При этом был использован аналитико-расчётный подход в оценке параметров крепления, исходя из требований обеспечения безопасности работ, устойчивости выработок, сохранности окружающего массива пород при длительном сроке эксплуатации подземного сооружения.

Выполнены исследования ядерной и радиационной безопасности хранилищ отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) корабельных реакторных установок на бывших береговых технических базах Северного флота с учетом процессов деградации топлива в условиях длительного ненормативного хранения. В результате исследований показана принципиальная возможность спонтанной цепной реакции деления (СЦР) при обращении с ОЯТ. На основе разработанной методики моделирования нестационарных аварийных процессов изучена динамика потенциальной СЦР на объектах хранения ОЯТ и выполнена оценка ее радиоэкологических последствий.

На основе программного комплекса КРАТЕР разработаны математические модели нейтронно-физических процессов в активных зонах судовых реакторов типа ВМ-А, ВМ-4, ОК-700 и ОК-900 и проведены расчеты изотопных составов отработавших активных зон этих реакторов. По результатам математического моделирования выполнена систематизация данных по массовым характеристикам ОЯТ с учетом эффекта неравномерности выгорания топлива и определены элементные составы ОЯТ, которые характеризуются наиболее высоким содержанием делящихся изотопов.

Разработаны математические модели нейтронно-физических процессов в обводненной ячейке хранилища ОЯТ в губе Андреева. С помощью разработанных моделей на основе математических программ РИТМ и MCU-RFFI выполнены исследования по выявлению однородных составов с ОЯТ+Н₂О, обладающих избыточной реактивностью и способностью генерировать СЦР. В результате расчетов показана принципиальная возможность СЦР при обращении с ОЯТ.

Исследована динамика потенциальной СЦР и выполнена оценка радиационно-экологических последствий от выпадения радиоактивности при аварии. Результаты моделирования СЦР показали, что нейтронная вспышка в ячейке хранилища характеризуется выделением около 20 МДж энергии, мощностью в пике примерно 2 ГВТ и выбросом в атмосферу частиц топлива активностью порядка 100 ТБк. Выполненные исследования рассеяния выброса в атмосфере и осаждения радиоактивных аэрозолей на поверхность земли (по модели клина) позволили сделать вывод о возможности значительного загрязнения площадки хранилища выпадениями изотопов цезия, стронция, плутония и др.

В результате анализа влияния погодных условий на радиологические последствия аварии установлен набор значений параметров погоды (параметры дисперсии выброса по высоте и азимуту, скорость выпадения осадков и др.), определяющих максимально возможную плотность радиоактивных загрязнений на следе выпадений за пределами площадки. Населенные пункты, расположенные в пределах от 3 до 10 км, согласно консервативной оценке, могут подвергнуться опасному загрязнению, в результате чего может быть превышен дозовый предел, установленный российскими нормативными документами по радиационной безопасности РФ для ряда категорий населения. Для больших расстояний, в частности, для территории Мурманска и ближайших районов Норвегии, не прогнозируется превышение дозового предела для какой-либо критической группы населения.

Методами численного моделирования исследовано влияние ориентации (продольное и поперечное относительно направления потока подземных вод) и размера подземного модуля с опасными отходами на уровень загрязнения подземных вод площадки в приближении модели пористой среды. Установлено, что для условия непроницаемости границ параллельных потоку продольный вариант размещения модуля с отходами является наиболее предпочтительным по причине слабой зависимости площади загрязнения от размера модуля и величины градиента гидравлического напора.

В двухмерной постановке рассмотрена задача распространения загрязнения в пористой среде на ограниченной площади (100х100 м) с фиксированным направлением потока подземных вод для двух вариантов ориентации модуля с опасными отходами (поперечного и продольного). Дополнительными параметрами варьирования были: поперечные и продольные размеры модуля; градиент гидравлического напора, тип модели растворимости загрязнения; физико-химическое взаимодействие мигранта с материалами породы и инженерных барьеров.

Вывод о предпочтительности продольного расположения модуля с отходами подтверждается, как количественными параметрами площади загрязнения, так и вспомогательными показателями (динамика концентрации загрязнения в точках контроля, поток массы через фиксированную границу, скорости высвобождения загрязнения из модуля).

1  2  3  4  5  6  7