Задача — максимально обезопасить ядерные отходы

Сегодня нельзя представить нашу жизнь без ядерной энергетики и лекарств, получаемых на основе переработки радиоактивных изотопов. Однако все эти продукты оставляют отходы, хранить которые просто так, без специальных технологий, опасно. Что же с этим делать? Какие есть возможности переработки и хранения токсичных ядерных отходов?

Об этом рассказывает член-корреспондент РАН Виктор Николаевич Татаринов — главный научный сотрудник Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, заведующий лабораторией геодинамики Геофизического центра РАН.

Виктор Николаевич Татаринов — геофизик, специалист в области прикладной геодинамики и геоэкологии, доктор технических наук. Занимается изучением устойчивости геологической среды при выборе мест размещения, строительстве и эксплуатации объектов ядерного топливного цикла, включая захоронение высокоактивных радиоактивных отходов. Автор более 170 научных работ, 14 авторских свидетельств, четырёх нормативных документов по ядерной и радиационной безопасности.

— Вы в течение многих лет занимаетесь ядерной энергетикой, в частности захоронением радиоактивных отходов. Это проблема номер один, и далеко не все понимают, как её решать.

— Я действительно всю свою жизнь связан с ядерной промышленностью, сначала с урановой. После окончания в 1980 г. Московского геологоразведочного института им. Серго Орджоникидзе я первое время занимался вопросами добычи урана, а затем в 1993 году перешёл в академию наук и стал заниматься вопросами безопасности захоронения радиоактивных отходов в геологических формациях.

— С чем была связана необходимость переключения на другую тематику?

— Больше всего с тем, что это были тяжёлые времена, когда СССР перестал существовать и на науку выделялось мало денег. Именно в этот момент мне предложили интересную работу в Российской академии наук, связанную с радиоактивными отходами, и это оказалось весьма своевременным и очень интересным. Я с детства мечтал заниматься геологией, географией — в общем, науками о Земле. Моя мечта осуществилась. Мне было очень интересно учиться. Поступил на геофизический факультет в группу РФ-75-1, в которой готовились специалисты по поиску и разведке урановых руд. После института во время работы в отраслевом институте Минатома «ВНИПИПромтехнологии» я научился «видеть» Землю: мне пришлось полазать по многим урановым шахтам. Там я занимался внедрением геофизических методов для обеспечения безопасности ведения горных работ.

— Что это за методы?

— Электроразведочный, сейсмоакустический, метод сейсморазведки, а также геомеханические методы — когда на крепь ставят датчики давления и тензодатчики, а глубинные реперы размещают в скважинах для измерения деформаций. В 1986–1991 гг. была создана геомеханическая служба прогноза горных ударов при Минатоме СССР, а мы были её ведущей лабораторией. В это время пришлось поездить по удароопасным урановым месторождениям в Читинской области, Казахстане, Украине, Узбекистане, Монголии. Было тяжело, но интересно. В это время я почувствовал, что собой представляют горные породы физически и как они деформируются. Впоследствии это очень пригодилось при обеспечении геодинамической безопасности захоронения радиоактивных отходов.

— Каким образом это пригодилось?

— Первое, что я попытался развить, — это научное направление по оценке и прогнозу устойчивости геологической среды при выборе мест эксплуатации и захоронения радиоактивных отходов. Здесь ключевое слово — устойчивость. Под устойчивостью мы понимаем сохранность свойств и состояния геологической среды или изменение в таких диапазонах, которые не приведут к деформациям, напряжению и структурным нарушениям массива в заданный период времени. Здесь же ключевая фраза — заданный период времени. Это связано с тем, что устойчивость среды связана со временем эксплуатации объекта.

Бытовой пример: движется трамвай, первая его часть в силу каких-то обстоятельств движется чуть быстрее, на одну десятитысячную миллиметра. Трамвай движется день, два, три — ничего не происходит. Но через год в его конструкции накопится критическая деформация и его разорвёт. Короткое время он был устойчив, но в длительной перспективе потеряет свои функциональные способности.

Так же и геологические захоронения радиоактивных отходов: главное отличие таких объектов от горных предприятий заключается в том, что радионуклиды, содержащиеся в отходах, имеют период полураспада более 10 тыс. и даже 100 тыс. лет. Поэтому мы должны спрогнозировать состояние геологической среды на такой длительный период. Это фактически невозможно, но к этому надо стремиться.

— А как же вы тогда поступаете, если спрогнозировать нельзя?

— В этом и заключается особенность исследований, которыми я занимаюсь. Если для горных предприятий мы можем измерить смещение горных пород, мульду оседания, построить графики, экстраполировать их на 10–20 лет, то здесь мы этого сделать не можем. 10 тыс. лет — очень длительный период, поэтому мы должны изучать комплекс геолого-геофизических данных, заниматься их системным анализом и выявлять слабые признаки, которые в этом месте могут быть индикаторами активных геологических процессов.

Мы анализируем карты рельефа, магнитного поля, физико-механических свойств, деформации — в целом до 10–15 слоев, как в торте «Наполеон». Рельеф может быть плоский или уступчатый. Например, уступ связан с активными тектоническими процессами, которые происходили раньше или происходят сейчас. Главный метод, которым мы пользуемся сейчас, это метод ГНСС — глобальной навигационной спутниковой системы, хорошо известный всем под названием GPS/ГЛОНАСС.

— Как это происходит?

— Вначале для получения экспериментальных данных о геологической среде мы закладываем геодинамические полигоны, затем несколько лет измеряем на них смещения и прогнозируем зоны, которые наиболее подвижны. Затем изучаем рельеф, геологию, разломы, тектонику, сравниваем с зоной, которая наиболее подвижна, а также смотрим, совпадает ли она с разломами, аномалиями рельефа и т.д. Следующий шаг — выявляем с помощью математических методов системного анализа зависимости и проводим геодинамическое районирование, то есть делим территорию на опасные, неопасные и промежуточные участки. Именно этим направлением я занимаюсь — геодинамической устойчивостью геологической среды.

— Значит, ваша задача — найти максимально устойчивое с геологической точки зрения место, где эти радиоактивные отходы, скорее всего, будут лежать спокойно, не вызывая геологических катастроф?

— Да. Но главное здесь — учесть механический фактор: деформации, напряжения и структурную нарушенность, которая, собственно, и обусловлена этими движениями и деформациями.

Вообще захоронением радиоактивных отходов у нас начали заниматься в начале 1990-х гг. Одним из первых это стал исследовать Николай Павлович Лавёров. В 1993 году была создана комиссия при правительстве РФ и он её возглавил. Начались геологические изыскания в нескольких районах на территории России для определения наиболее пригодных мест для захоронения РАО. Такие исследования шли на Кольском полуострове, Новой Земле и в других районах. В итоге выбрали Нижнекамский гранитоидный массив. Он расположен приблизительно на 30 км севернее Красноярска.

— Почему именно его?

— По нескольким причинам. Во-первых, это место действительно устойчивое — это древний гранитогнейсовый массив. Второе: там уже были размещены радиационно опасные предприятия. Это была закрытая зона, где есть хорошие подъезды, то есть строительство экономически обосновано. Мы начали этим заниматься в 2002–2003 гг.

— Что сейчас представляет собой этот полигон?

— Это территория размером 60 × 50 км, внутри которой выбран участок радиусом порядка 5 км для строительства подземной исследовательской лаборатории. Он расположен недалеко от реки Енисей, поэтому, если радиоактивные отходы выйдут за пределы санитарной зоны, ничего хорошего не жди.

— Не поступают ли эти отходы с грунтовыми водами в Енисей?

— Система захоронения радиоактивных отходов предусматривает многобарьерную систему изоляции: их сначала помещают в матрицу, матрицу — в канистру, затем канистру помещают в скважину. В Швеции такие канистры делают из меди, которая слабо разрушается.

— А у нас?

— У нас пока только разрабатывают эти технологии. На Западе нас немного опережают, у них уже созданы несколько подземных лабораторий, а мы только создаем. Затем канистры помещаются в скважину и все заливается бентонитом, это природный минерал — специальная глина. Главный же барьер — это геологическая среда. Все барьеры, которые я до этого назвал, называют искусственными. По разным оценкам, их сохранность составляет 5–8 тыс. лет. А мы должны, как я уже сказал, обеспечить изоляцию на 10 тыс. лет и более, поэтому геологическая среда и считается главным барьером.

— Какие опасности здесь существуют?

— Наибольшую опасность представляют гидрогеологические факторы. Подземные воды должны как можно меньше или совсем не проникать в объект, их коэффициент фильтрации должен быть минимальным. А второе, чем я, собственно, и занимаюсь, — это геодинамические факторы, включая землетрясения. Конечно, маловероятно, что они здесь будут. Но все равно, согласно нормативам, мы должны доказать, что в этом месте в радиусе 30 км не будет сейсмических событий. Если землетрясение все же произойдёт, образуется разрыв, коэффициент фильтрации подземных вод по этому разрыву будет очень высокий и практически моментально с подземными водами произойдет распространение радионуклидов.

— Сейчас ваша основная работа связана с тем, чтобы возвести конструкцию, которая была бы надежной и не причиняла вреда людям и природе. Расскажите об этом.

— В настоящий момент работы находятся на этапе создания подземной исследовательской лаборатории. Это мировая практика. Прежде чем размещать радиоактивные отходы, надо ещё раз детально изучить массив. На это надо потратить приблизительно 10–15 лет. В прошлом году там начали проходку трёх шахтных стволов для создания подземной лаборатории.

— Что это будет за лаборатория, чем там будут заниматься?

— Это система выработок, расположенных на глубине 500 м, в которых будут созданы экспериментальные камеры размером приблизительно как эта комната, из камер будут буриться скважины, вестись геофизические наблюдения — то есть будет снова исследоваться весь массив. Мы будем проводить также и тепловые эксперименты. Ведь помимо того что период полураспада большой, радиоактивные отходы длительное время излучают тепло. По разным оценкам, около 200–300 лет их температура будет порядка 150–180°. Это тоже действует на породный массив, образуются зоны концентрации напряжений.

— И как с этим бороться? Установить холодильник?

— Надо рассчитать, чтобы расстояния между выработками и между скважинами были оптимальными. Близко разместим — плохо, подальше — они будут устойчивыми.

— Что это за отходы, все ли они от военных нужд?

— Радиоактивные отходы были накоплены за всю историю развития атомной промышленности в России.

— За 70–80 лет?

— Примерно так. Вначале на них не обращали внимания, просто складировали на поверхности земли. Бывали случаи, когда происходили аварии и отходы попадали на землю. Есть ещё среднеактивные отходы на АЭС — они хранятся в контейнерах, там сделаны бетонные площадки. Но все это не может храниться вечно.

— А почему люди раньше не задумывались, как утилизировать ядерные отходы?

— Не хватало денег, была спешка в создании атомной бомбы. Выделяли деньги и человеческие ресурсы в основном на производство, а экологию откладывали — пусть отходы хранятся, когда-нибудь попробуем их переработать или изолировать. Сейчас в Минатоме разрабатывается технология замкнутого ядерного цикла. Ядерное топливо будет несколько раз перерабатываться, и высокоактивных отходов будет очень мало. Возможно, к моменту, когда мы построим это хранилище, уже появятся технологии и оно не понадобится.

— Но ведь захоронить то, что уже есть, все равно будет надо. И все же о каких отходах идет речь?

— Примерно половина связана с производством вооружений, остальное — атомные станции, радиохимическое обогащение руды для АЭС и др.

— А радиоактивные фармпрепараты?

— Это слабоактивные отходы, их изолируют на полигонах ФГУП «Радон», например в Подмосковье под Сергиевым Посадом. Мы там тоже проводим работы.

— Какие?

— У нас там также есть геодинамический полигон, установлены пункты измерения деформаций на крыше зданий и в грунте. Сейчас мы там не работаем, а в нулевые годы проводили наблюдения за деформациями. По нашим данным, в настоящее время нет необходимости контролировать эту ситуацию — все достаточно спокойно. По нормам надо повторять такие наблюдения примерно раз в десять лет.

Вообще отходы делятся на четыре класса. Бытовые — четвёртый класс, они хранятся на «Радоне». А высокоактивные, выделяющие тепло, с длинным периодом полураспада — это отходы первого и второго классов, самые опасные.

— Приходится ли вам сталкиваться с непринятием общественности, демонстрациями «зелёных» движений по поводу того, что вы устраиваете такие полигоны?

— Мне лично не приходится, так как я занимаюсь узким геологическим направлением, но вообще на местах проводятся регулярные встречи специалистов с общественностью. Это сложная и важная проблема, Минатом серьезно к этому относится. Я сам не участвовал, но знаю сотрудников, которые постоянно участвуют в таких встречах.

— Люди наверняка очень сильно боятся, что рядом с их жилищами, рядом с Енисеем, из которого они берут воду, будет расположен потенциально опасный объект.

— В принципе, да, это в природе человека — остерегаться непонятного.

— Что ваши коллеги им объясняют, как успокаивают?

— Первое: мы проводим честное и качественное исследование состояния среды, второе — еще не факт, что здесь обязательно будут размещать радиоактивные отходы. Здесь будут 15–20 лет проводить исследования в подземной лаборатории, и только тогда можно будет сказать, пригоден ли этот массив. Главное — надо честно и открыто донести до общественности эту информацию. А вообще очень много спекуляций на эту тему.

— Куда же тогда нужно деть эти отходы?

— Есть фантастические идеи — например, поместить их в жерло вулкана или отправить в космос.

— Про космос я слышала: дескать, зачем же свою родную Землю пичкать токсичными элементами, давайте лучше отправим их в космос. Как вы к этому относитесь?

— Отрицательно, потому что вероятность аварии космического корабля всегда существует — представьте, если эти отходы распылятся во всей атмосфере Земли.

— Это будет массовая газовая камера?

— Да, Чернобыль будет детским лепетом по сравнению с этим событием. Если бы вероятность аварии была равна нулю, вероятно, можно было бы и в космос.

— Вы думаете, это хорошая идея?

— Она нереализуемая, особенно в настоящее время.

— Мне кажется, если бы даже была реализуемая, то это не очень хорошая идея. Получается, что человечество ведёт себя безответственно: устроило на своей планете помойку, а теперь давайте загрязнять еще и космос, забрасывая свой мусор подальше.

— Согласен. Почему мы, собственно, и занялись этой проблемой — это именно принцип ответственности перед будущими поколениями. Мы не должны перекладывать на них это бремя. Это главное, из-за чего во всем мире занимаются этой проблемой. РАО не должны быть на поверхности, потому что на них может, например, рухнуть самолет, произойти землетрясение, а это катастрофа. Захороним их в геологической формации — все будет надежно храниться и 10 тыс., и 100 тыс. лет.

— Вам не бывает грустно, что вы занимаетесь отходами?

— Нет, наоборот: помимо того что геодинамикой очень интересно заниматься, это и общественно полезно. Я чувствую себя нужным, востребованным. Когда-то в детстве я мечтал путешествовать, читал книжки о великих географических открытиях. Эта романтика меня покорила на всю жизнь.

— Романтика осталась и сейчас?

— Нет, теперь мне уже тяжело ходить по полям и спать в палатках. Сейчас вообще романтики в геологии стало меньше, хотя для молодых сотрудников, которые у нас работают, наверное, это ещё актуально.

— Меньше романтики, но больше ответственности — можно так сказать?

— Да, это так в том деле, которым я занимаюсь. Ответственность действительно большая, и очень хорошо, что есть люди, которые этого не боятся.

— Как вы думаете, получится у человечества создать безотходный ядерный цикл?

— Думаю, да. Физически доказано, что это возможно. Теперь надо сделать это технически. Это сложная проблема, но через десять, 20 или 30 лет это случится, потому что это достижимо.

Источник: Официальный канал РАН