Дмитрий Горчаков. Немного атома и радио (nucl0id) wrote,
Дмитрий Горчаков. Немного атома и радио
nucl0id

Categories:

Радиоактивные водоемы особого назначения

В начале года я писал о проблеме утилизации советский атомных подводных лодок в Приморье. За долгое время их, как и связанных с ними экологических проблем, накопилось довольно много. Поэтому за последние годы проводилась большая международная работа по устранению связанных с атомным флотом угроз и приведению всего накопленного ядерного «мусора» в безопасное состояние.

Помимо проблем атомного флота (списанные подлодки и их топливо, базы обслуживания с накопленными на них отходами и т.д.), за время холодной войны многие проблемы накапливались и в глубоком тылу – на комбинатах по наработке оружейных ядерных материалов на Урале и в Сибири, накапливалось ядерное топливо на атомных станциях, устаревали и требовали вывода из эксплуатации многие объекты и установки, что вновь вызывало необходимость утилизации большого объема радиоактивных отходов. В этой статье я попробую рассказать об одной из важнейших и в прямом смысле крупнейших проблем ядерного наследия СССР – водоемах-хранилищах радиоактивных отходов.

обхемы особых ЖРО.jpg


Долгое время в атомных проектах как СССР так и США практика обращения с радиоактивными отходами заключалась в создании временных пунктов хранения РАО в месте их образования возле оборонных предприятий и на объектах ядерного топливного цикла. На территории России за 70 лет накоплено более 500 млн. м3 РАО, места их накопления можно посмотреть тут. Большая их часть – это жидкие отходы, сосредоточенные в открытых водоемах-накопителях вблизи комбинатов, занимавшихся наработкой и выделением оружейного плутония. Таких комбинатов в России три – ПО «Маяк» (г. Озерск, Челябинская область), СХК (г. Северск, Томская область) и ГХК (Железногорск, Красноярский край). В вопросах обеспечения ядерного щита страны вопрос об окончательной изоляции образующихся РАО не были приоритетными. Но к 1990-м многие объекты пришли в крайне опасное состояние и дальнейшее откладывание проблем грозило серьезными последствиями и даже катастрофами.


Распределение объемов накопленных ЖРО в водоемах-хранилищах на ПО «Маяк», СХК и ГХК. (Источник)

Почти 99% объемов ЖРО сосредоточены на ПО «Маяк» в Челябинской области. Из них основным является Теченский каскад водоемов. Описание его и связанных с ним проблем достойно отдельной статьи, а сейчас я остановлюсь на других, меньших по объему, но гораздо более опасных объектах, лидирующих по накопленной активности - в первую очередь это озеро Карачай и Старое болото на ПО «Маяк» и водоемы Б-1, Б-2 и Б-25 на Сибирском химкомбинате в г. Северск.

ПО «Маяк»
Самая крупная промышленная площадка ядерного комплекса СССР – производственное объединение «Маяк» (ПО «Маяк», ранее – завод №817, "сороковка"), в городе Озерск (Ранее Челябинск-40) в Челябинской области. Первенец атомной промышленности (работает с 1949 года), ПО «Маяк» одновременно стал и самым сложным фрагментом ядерного наследия, связанным с начальным этапом создания ядерного оружия полным спешки и недостатка знаний и дефицита ресурсов.

Хомкомбинат имел в своем составе несколько реакторов для наработки оружейного плутония из природного урана, радиохимическое производство по выделению плутония-239 из облученного топлива и химико-металлургическое отделение для получения металлического плутония.

Поскольку в атомной гонке СССР догонял США, то многие решения были скопированы. По аналогии с американским заводом по производству плутония, изначально в проекте ПО «Маяк» предполагалось, что жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) средней и низкой удельной активности будут отправляться в открытую гидрографическую сеть - реку Течу. Правда река на Урале оказалась не такой полноводной, как в США, и с 1948 по 1951 годы Теча оказалась настолько загрязнена, что сбросы в нее было решено прекратить. В последующий период в качестве накопителей сбросов ЖРО использовались естественные и искусственные водоемы - оз. Кызылташ (В-2), оз. Татыш (В-6). водоемы В-9 (Карачай), В-17 (Старое Болото).


Схема расположения водоемов вокруг промплощадки ПО «Маяк». И-9 – оз. Карачай. (Источник)

Похожая, но гораздо менее масштабная картина складывалась и на других комбинатах для наработки оружейного плутония. Таким образом, именно открытые водоемы стали главными накопителями радиоактивных отходов – как по активности, так и по объему. При этом они несли огромную угрозу, т.к. они находятся под открытым небом, подвергаются угрозе затопления, протечек, и выносов активности при ураганах или смерчах. Подобная авария случилась на в 1967 году. Именно приведением подобных водоемов в безопасное или хотя бы стабильное положение занялись в первую очередь, когда было принято решение о комплексной ликвидации ядерного наследия СССР.

Карачай (накопленная активность - 120 млн Ки, объем 0,3 млн м3)

Водоем В-9, созданный в 1951 году на месте бывшего бессточного болота Карачай на промышленной площадке ПО «Маяка», является уникальным по накопленной активности поверхностным хранилищем жидких радиоактивных отходов. Всего за более полувековую эксплуатацию в него сброшено более 500 млн Ки активности, что в 10 раз превышает выбросы с аварийной Чернобыльской АЭС. К 1985 году с учетом распада в озере Карачай было накоплено около 120 млн Ки активности. С началом эксплуатации в результате сбросов уровень воды водоема В-9 и площадь водной поверхности постоянно возрастали. Так, в мае 1962 года площадь акватории составляла 51 га. Мощность дозы на береговой линии водоема составляла 50 мР/ч.

В результате ветрового подъема отложений с оголившихся из-за засухи участков дна водоема весной 1967 года было вынесено значительное количество радионуклидов. Площадь загрязнения составила около двух тысяч квадратных километров. Природно-техногенная авария 1967 года не привела к серьезным радиационным последствиям для населения и окружающей среды, но показала потенциальную опасность повторения подобных ситуаций при аномальных метеорологических условиях.


Сравнение объемов отходов и накопленной активности в водоемах ПО «Маяк». Карачай (B-9) при минимальном объеме сосредоточил в себе основную активность отходов. (Источник)

Ликвидация озера Карачай
После инцидента 1967 года Правительством СССР было принято решение о ликвидации водоема Карачай, а также о поведении мероприятий для предотвращения повторения подобных случаев. В течение 1967-1971 годов были проведены работы по засыпке оголенных ранее затопляемых участков, засыпке мелководий, рекультивации территорий вокруг водоема. До середины 70-х годов продолжались работы по ликвидации последствий аварийной ситуации 1967 года, обустройству берегов и опытные работы по засыпке акватории.


Постепенная ликвидация открытой акватории озера Карачай.

К середине 1980-х годов была окончательно отработана технология засыпки водоема скальным грунтом с применением специальных конструкций – полых бетонных блоков, позволяющих локализовать донные отложения и наиболее активные илы без их выпячивания на поверхность.


Технологии засыпки акватории озера включала уникальные разработанные операции установки полых бетонных блоков и засыпку скальным грунтом.


"Слоеный пирог", которым накрыли Карачай.

В водоеме Карачай локализовано и изолировано более 200 тыс. м3 высокоактивных техногенных илов и суглинков, общая накопленная активность которых в середине 1980-х годов достигала 120 млн Ки, что минимум в двое больше выброса при аварии на Чернобыльской АЭС.


Вид на ПО «Маяк», ориентировочно 1990 год. Слева внизу – оз. Карачай с частично засыпанной акваторией. Слева вверху – оз. Кызылташ.

В период 1988-1990 проходил первый этап закрытия Карачая – проведена отсыпка северо-западной части озера и сооружены разделительные дамбы, снижающие вероятность образования волн и ветрового уноса аэрозолей. В 1990-2000 проведена засыпка 80% акватории, значительно снизившая дозовые нагрузки вблизи озера. С принятием федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 -2010 годы и на период до 2015 года» (ФЦП ЯРБ-1) в 2008-2015 годах был осуществлен финальный этап засыпки озера. А 26 ноября 2015 года водоем Карачай окончательно был засыпан. Помимо закрытия акватории и гидроизоляции озера для отведения поверхностных вод вокруг него прорыты водоотводные каналы, исключающие его подтопление. В перспективе ближайших 10-20 лет водоем будет переведен в пункт консервации особых РАО, а затем в пункт захоронения особых радиоактивных отходов. Следующий этап – создание системы мониторинга за подземными водами с использованием около 450 наблюдательных скважин вокруг бывшего озера. Моделирование по перемещению самого подвижного радионуклида – Sr-90, показывает, что за время полного распада активности (ближайшие 200-300 лет) не должно привести к загрязнению подземных вод.

Таким образом, риск основных угроз, связанных с самым опасным объектом ядерного наследия СССР, теперь существенно снижен.

Старое болото (накопленная активность - 1,2 млн Ки, объем – 0,4 млн м3)

Вторым по накопленной активности после Карачая открытым хранилищем жидких среднеактивных отходов на промплощадке ПО Маяк является водоем В-17 под названием Старое болото. Водоем является искусственным водохранилищем, образованным путем перекрытия естественного лога земляными плотинами в 1952 и 1954 гг. Его берега укреплены щебнем и суглинком, высота обваловки составляет 1,5–2 м. Водоем используется для приема и хранения жидких отходов радиохимического производства. За весь период эксплуатации В-17 в него было сброшено около 10 млн м3 жидких радиоактивных отходов с суммарной активностью около 15 млн Ки. С начала 1970-х гг. активность сбросов была сокращена на несколько порядков. Последние 30 лет водоем эксплуатируется преимущественно в режиме самоочищения. Общая активность радионуклидов, хранящихся в нем, составляет около 1,2 млн Ки. Основная часть активности сосредоточена в донных отложениях и грунтах дна и обусловлена главным образом Sr-90. Планы реабилитации загрязненной территории района В-17 предусматривают рекультивацию верхнего слоя почвы прибрежных участков и решение проблемы загрязненных подземных вод. Их решение предусмотрено проектом по выводу водоема В-17 из эксплуатации.


Схема водоема Старое болото

К настоящему времени на нем ведутся подготовительные работы для такой же засыпки, как проведена на озере Карачай. Закончить работы планируется к 2025 году в рамках ФЦП ЯРБ-2.

Водоемы Сибирского химического комбината

После запуска ПО «Маяк» было принято решение о строительстве дополнительных комбинатов по наработке ядерных оружейных материалов в Сибири. Сейчас они носят названия АО «СХК» в Северске и «ГХК» в Железногорске. Они отличались ПО Маяк по функционалу, имели свои интересные особенности, но, как и «Маяк», имели в своем составе промышленные реакторы и радиохимические заводы для получения плутония. Поэтому их деятельность так же сопровождалась образованием больших объемов отходов. Но опыт «Маяка» был учтен и применение открытых водоемов-хранилищ было не столь масштабным. На обоих заводах позже была использована практика подземного захоронения наиболее радиоактивных жидких отходов (это тоже отдельная история, спорная на мой взгляд).

Всего в подземное хранилище жидких отходов на «СХК» закачали около 46,8 млн м3 (150 «Карачаев»), а их суммарная активность – 1515 млн Ки (больше 10 «Карачаев»). За счет распада к текущему моменту эта активность упала в 3–4 раза. (источник – стр 131)

Открытые бассейны-хранилища ГХК насчитывали объемы в сотни тысяч м3, однако общая активность в них не превышала нескольких тысяч Ки, что в тысячи раз ниже активности в открытых бассейнах «Маяка» и СХК. При этом в подземные хранилища ГХК («полигон Северный») закачано по состоянию на 2007 г. более 6,4 млн м3 ЖРО суммарной активностью 982 млн Ки, которая к настоящему времени снизилась в 3–4 раза.

В начальный период работы на СХК была принята схема обращения с ЖРО также с использованием открытых хранилищ отходов, как и на «Маяке». Они представляют собой ряд специальных гидротехнических сооружений: бассейны Б-1, Б-2; бассейн Б-25. Открытые хранилища ЖРО СХК имеют гидроизоляцию для предотвращения миграции радионуклидов и вредных химических веществ за пределы данного гидротехнического сооружения. Суммарная активность ЖРО (по данным на 1997 г.), хранящихся в открытых хранилищах, составляет примерно 54 млн Ки (половина активности Карачая). Большая часть радионуклидов содержится в иловых отложениях, накопившихся в открытых хранилищах за время их эксплуатации.


Сибирский химический комбинат

Тем не менее, на СХК было созданы и функционировали до конца 1980-х открытые хранилища Б-1, Б-2 для отходов радиохимического цеха и искусственный водоем Б-25 для отходов, уступавшие по накопленной в них активности лишь озеру Карачай.

Объем бассейна Б-1 составляет 65000 м3, накопленная активность – около 30 млн Ки (1/4 Карачая), объем бассейна Б-2 – 135 000 м3, активность – около 20 млн Ки. Конструкции бассейнов в полной мере учитывали тяжелый опыт ПО «Маяк»: были проведены необходимые изыскательские работы и предусмотрены изолирующие слои, что позволило эксплуатировать их в штатном режиме, без инцидентов и аварий, до 1982 г. Уже в начале 1980-х гг. начало формироваться понимание того, что открытые хранилища жидких РАО остаются потенциально опасными для окружающей среды как источники радиоактивного загрязнения вследствие ветрового (смерчевого) или биологического уноса (птицы и т.д.) либо целого ряда других явлений (землетрясение, наводнение, ураган, подвижки земной коры). Это создает реальную угрозу радиоактивного загрязнения окружающей среды, облучения населения и загрязнения промышленной площадки СХК, что требует перевода их в более безопасное состояние. В целях исключения потенциальной опасности выноса радионуклидов из открытых хранилищ в окружающую среду в 1982 г. принято решение о консервации открытых хранилищ РАО. В том же году прием ЖРО в бассейны был прекращен.


Засыпанный Бассейн Б-2 в настоящее время (источник)

В 2012 году в рамках ФЦП ЯРБ-1 на СХК была полностью завершена консервация бассейна Б-2. В настоящее время бассейн Б-2 представляет из себя зеленое поле с радиационным фоном средним для Томска.

Работы по консервации бассейна Б-1 еще идут, ведется отсыпка глиняного изолирующего слоя, которая завершится в 2019 году. Завершение всех проектных работ по консервации бассейна Б-1 намечено на 2020 год. При консервации хранилищ СХК в полной мере используется опыт и технологии, опробованные на консервации Карачая, но отрабатываются и новые решения. Например, при консервации водоемов создается дополнительный защитный барьер. По периметру и под дном бассейнов бурятся особые скважины, в которые под давлением нагнетается гель на основе жидкого стекла. После его застывания создается уже полностью непроницаемый слой под всем хранилищем, который "отрезает" его от окружающей среды. Кроме того, в ходе выполнения работ по консервации бассейнов АО «СХК» была разработана и применена уникальная технология фиксации пульпы в открытом бассейне-хранилище радиоактивных отходов с целью исключения выхода пульпы на поверхность насыпанного грунта. Примененный АО «СХК» способ включает в себя рассечение бассейна разделительными дамбами, достигающими дна бассейна; засыпку грунтом покрытых льдом полос и откачку вытесненного при засыпке декантата.


Для работ по консервации бассейнов-хранилищ ЖРО на СХК использовалась техника, защищенная с учетом опыта, полученного на озере Карачай. (источник)

На очереди для консервации самый опасный на территории СХК бассейн – Б-25. Закачка ЖРО в этот бассейн прекращена только в 2015 году. В 2016-м начались подготовительные работы по его захоронению, осенью 2018-го – откачка декантата. Работы по полной изоляции Б-25 от окружающей среды завершатся в 2020 году. При этом наблюдение за состоянием объектов будет вестись еще как минимум 100 лет.

Выводы
Открытые водоемы-хранилища РАО являются самыми вместительными объектами ядерного наследия. Их появление вызвано важностью основной задачи – создания в СССР ядерного оружия и отсутствием в начале 1950-х годов технологий обращения с жидкими радиоактивными отходами. Некогда отложенное решение по консервации подобных водоемов привело к массе экологических проблем в регионах их расположения. Однако на текущий момент ситуация с водоемами практически стабилизировалась, а наиболее опасные из них уже не существуют в открытом виде, что исключает возможные катастрофы. Остается надеяться, что принятые решения оправдают себя и не станут проблемой для будущих поколений.

Источники:
1. Вывод из эксплуатации и восстановление окружающей среды в Российской Федерации: основные итоги и планы на будущее. Абрамов. Ноябрь 2016
2. Концепция вывода из эксплуатации поверхностных водоемов-хранилищ ЖРО ФГУП «ПО «МАЯК». 2013.
3. Проблемы ядерного наследия и пути их решения. Том 1.
4. Основа будущего развития. Страна Росатом.
5. Консервация водоема Карачай, Мокров, 2015.
6. Как зарыть радионуклиды: на СХК раскрыли технологии захоронения РАО
7. Консервация бассейнов Б-1 и Б-25 АО «СХК»




Tags: атом, экология
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 7 comments