Окончателно погребване на ОЯГ

Дълговременен ход на радиоактивността и топлоотделянето на ОЯГ

Тъй като радиоактивността на ОЯГ и неговото топлоотделяне спадат доста бавно с течение на времето (вижте следващите две фигури), междинното съхранение е необходим етап в процеса на третиране на горивото, докато енергоотделянето и активността му спаднат до стойности, подходящи за дълго съхранение.

Остатъчно топлоотделяне [W] от 1MtU от воден реактор под налягане при дълбочина на изгаряне 33GW.d/tU

Радиоактивност [Ci] от 1MtU от воден реактор под налягане при дълбочина на изгаряне 33GW.d/tU

При отстояване 10a, най-голям принос в топлоотделянето на ОЯГ имат ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs (около 80% от цялото топлоотделяне, дължащо се на бета- и гама-лъчения). Алфа-емитерите (трансурановите изотопи) имат на този етап принос около 25% в топлоотделянето (спрямо b+g излъчващите радионуклиди).

След 100-150a дялът на актинидите започва да преобладава над този на продуктите на делене. Най-голям принос в този интервал имат ²³⁹Pu, ²⁴⁰Pu, ²⁴¹Am, ²⁴⁴Cm.

След 20000a ²³⁹Pu ще има най-значителен дял в топлоотделянето, а след 200000a остават само най-дългоживеещите продукти на делене и актиниди:

радионуклид	T1/2 [a]
^237Np	2.1.10^6
^99Tc	2.1.10^5
^129I	1.6.10^7
^135Cs	2.1.10^6
^93Zr	1.5.10^6

Активността на алфа-излъчващите нуклиди след разпадането на ²³⁹Pu (200000a) е от порядъка на 0.5-1 Ci/tU. Останалите продукти на делене в този стадий имат сумарна активност до 20 Ci/tU. Всички дългоживеещи продукти на делене са меки бета-емитери. Единственото изключение е ²³⁷Np, който излъчва и гама-лъчение (най-интензивна линия 84.5keV). Това лъчение може да се използува за откриването на гробище за ОЯГ след много години.

Погребване в дълбоколежащи геоложки формации

Все още липсва практически проверена технология за погребване на ОЯГ. Все пак се извършват множество изследвания за различни варианти на подходящи хранилища.

Понастоящем се смята, че най-подходящият метод за окончателното погребване на ОЯГ е в дълбоко лежащи геоложки пластове (няколкостотин или повече метра под земната повърхност). Концепцията за погребването на ОЯГ в дълбоки подземни хранилища се основава на съчетаването на природни защитни бариери с изкуствени такива, с което се намалява възможността за миграция на радионуклидите в биосферата. Многобариерният подход е основен при проектирането на такива хранилища.

Първата бариера при ОЯГ е самата матрица на ядреното гориво. Втората бариера е обвивката на ТОЕ. Третата бариера е материалът между ТОЕ и контейнерът, в който те се поставят. Обикновено се предвижда заливане на ОЯГ в контейнера чрез топлопроводящи сплави. (Понякога всички бариери дотук се разглеждат като една обща бариера).

Следващата бариера (по същество втора) е контейнерът, предназначена да осигури задържането на радионуклидите в началния период (според приетите в различните страни стандарти тази бариера трябва да осигури херметичност на съдържанието за период от 1000-10000a), когато температурата е най-висока.

Третата поредна бариера срещу миграцията на радионуклидите е буферен материал, какъвто се насипва между контейнерите и скалата, в която е изкопано хранилището. Този материал трябва да има висока сорбционна способност с цел възможно най-дълго задържане на радионуклидите. Обикновено това са различни глини (бентонит), сол или смес от глина и пясък в зависимост от вида на скалната формация, в която е изработено хранилището. Освен забавяне на миграцията буферният материал служи и за подобряване на топлинния контакт между контейнерите и околната скала.

Четвъртата бариера е самата геоложка формация. Нейната проницаемост зависи от целостта на структурата, наличието на примеси в основната порода и от възможното присъствие или проникване на вода. В някои проекти се предвижда използуването на водопроницаеми формации, които се самовъзстановяват при случайно попадане на вода.

Всички свойства на избраната за хранилище геоложка формация се изследват изключително внимателно. Специално внимание при това се отделя на сеизмичността, а също така и на отсъствието на находища на нефт, газ или други полезни изкопаеми в близост до хранилището с цел минимизиране на риска от случайно разрушаване на хранилището вследствие на природни процеси или на човешка дейност.

Извършените изследвания показват, че много геоложки формации могат да бъдат разглеждани като подходящи за съхраняване на ОЯГ. Преди всичко това са залежите на каменна сол, глинести (седиментни) или скални породи. Измежду скалите най-голямо внимание заслужават вулканичните, метаморфните (гнайс) и някои седиментни скали (варовик, безводен гипс).

Изследвания на възможностите за погребване на ОЯГ в глинести формации се правят в Белгия, Италия и САЩ. Франция, Япония, Великобритания, САЩ и Канада изучават възможностите за погребване в глинести пластове дълбоко под океанското дъно.

Най-активно се изучават варианти за погребване в твърди скални формации във Великобритания, Канада, Швеция и САЩ. По съвременните представи най-подходящи в това отношение са гранитите и гнайсите. Тези твърди скали са широко разпространени и обикновено кристализират на голяма дълбочина. Основно предимство на вулканичните скали е тяхната здравина, която гарантира целостта на изработените вертикални и хоризонтални отвори и възможността за обратно извличане при необходимост на погребаните отпадъци. Освен това те имат добра структура и химична стабилност.

Към недостатъците им трябва да се смята тяхната неспособност за "самозатягане" на образуваните по някакви причини цепнатини. Поради това за подобни хранилища особено важни са хидрогеоложките аспекти, тъй като наличието на разломи може да доведе до отмиване на погребаните радиоактивни вещества.

Натрупаният изследователски опит позволява да се формулират критерии за избор на геоложки формации:

· Отсъствие на потоци подземна вода в района на хранилището;

· Дълбочина най-малко 300m;

· Температура на стените - не повече от 100⁰С.

Понастоящем внимателно се изследват процесите на дифузия, топлопроводността и механичните свойства на избраните за хранилище в съответните страни скали. Изучават се също така свойствата на подземните води, йонния им състав и пр. Разработват се модели, които позволяват да се прогнозира поведението на избраните скални формации и технология на погребване при различни сценарии на нарушаване на херметичността на бариерите.

Солни формации. В зависимост от произхода си те се делят на:

· седиментни пластове с ненарушени слоеве. Образуват се при естественото изпарение на праисторическите морета. Те се разпростират на значителни разстояния и са с малка дълбочина;

· солни куполи. Те имат, напротив, относително малки хоризонтални размери и значителна дълбочина.

За погребване на ОЯГ са подходящи както солните утайки, така и солните куполи. Основните качества на солните залежи са: относително високата им разпространеност, достатъчната топлопроводност, практически пълното отсъствие на вода (поради хигроскопичността на NaCl), пластичност и отсъствие на пукнатини. Изработването на кладенци, шахти, тунели и др. в солните пластове е сравнително лесно. Те се отличават и с голяма геоложка стабилност. Изборът на подходящи места в солни пластове е ограничен поради честото наличие на близколежащи находища на нефт и газ. Най-многобройни изследвания на солните пластове се извършват в Германия и САЩ.

Други методи за погребване

Различни методи за погребване на ОЯГ под морското дъно са започнали в САЩ през 70-те години (по-късно и във Великобритания, Франция, Япония и Канада). Като особено перспективен са разглеждани северните райони на Тихия океан. Въпреки ред технологични предимства, този вариант е потенциално опасен заради тектонската нестабилност на много места по океанското дъно, както и заради преноса на биоматериали към повърхността, чийто обем надминава очакванията. Подходящи райони за такъв вид погребване са дълбоководните падини, отдалечени от континенталните склонове.

Погребването на високоактивни материали на океанското дъно е съпроводено с разработката на специални контейнери и методи за техния транспорт, спускане и поставяне в хранилищата. При това трябва да се отчитат физичните и химичните свойства на седиментите на дъното на океана и на лежащите под тях пластове.

Изглежда привлекателна възможността за непосредствено поставяне на контейнерите с ОЯГ на океанското дъно. Смята се, че ако обвивките на контейнерите останат херметични в продължение на първите 300 години, то евентуалният следващ пренос на радионуклиди към повърхността няма да превиши естествената специфична активност на радий-226 в морската вода. Проведени са и известни експерименти в това направление с цел оценка на скоростта на излужване на контейнери от различни материали (Ti, Cu, Pb) от морската вода.

През 60-те години е разглеждана алтернативата за погребване на РАО във вечните ледове на Антарктида или Гренландия. Според тогавашните представи на дълбочини под 1km не би трябвало да има водообмен с повърхността. Смятало се е, че контейнерите с ОЯГ могат дори да се поставят на повърхността и да се спускат сами в леда под действие на остатъчното топлоотделяне. През 70-те години обаче е било възприето изискването нарастването на температурата вследствие на погребването да не надвишава допустимите стойности, свързани с възможно разтопяване на ледовете. При такова условие се оказва, че е необходимо отделните контейнери да се разсредоточат на много голяма площ (около 25% от съвременните ледници). Понастоящем е в сила Международна конвенция за защита на Антарктида, която забранява съхраняването на радиоактивни вещества на този континент.

Няма да се спираме на някои други предложения за погребване на РАВ (напр. чрез изстрелването им в Космоса) поради тяхната фантастичност.