Geum.ru

О. Н. Еремина Тридцать второй международный геологический конгресс проходил с 20 по 28 августа 2004 г., в г. Флоренция (Италия) под девизом Из района Средиземноморья к глобальному геологическому ренессансу: Геол

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
ПроблемА захоронения и утилизации отходов В МАТЕРИАЛАХ 32 МеждународноГО ГеологическоГО конгрессА (ФЛОРЕНЦИЯ, Италия, 20-28 августа 2004 г)


О.Н.Еремина


Тридцать второй международный геологический конгресс проходил с 20 по 28 августа 2004 г., в г. Флоренция (Италия) под девизом "Из района Средиземноморья - к глобальному геологическому ренессансу: Геология. Природные опасности. Культурное наследие". Научная программа конгресса включала 340 общих, специальных, и тематических секций, охватывающих все многообразие фундаментальных и прикладных аспектов геологического знания. Несмотря на разнообразие обсуждаемых тем, такой, казалось бы, насущной и актуальной проблеме как захоронение и утилизация отходов на форуме было уделено не слишком много внимания. Этим вопросам была посвящена общая секция G.02.08 - Waste Disposal Industry ("Индустрия захоронения отходов") под председательством шведского ученого Даниела Морфельда, который в настоящее время возглавляет комиссию МАИГ по захоронению отходов. Эта секция принадлежала к разделу "G.02 - Инженерная геология" и включала 5 устных и 10 стендовых докладов. В отдельную специальную секцию была вынесена проблема обустройства глубоких геологических могильников отходов (секция S. 04.01 - Deep geological repositories). Работа этой секции проходила под председательством А.Гарпинар, Н.Т. Ремп, Л.Серва. На секции было оглашено 11 устных заказных докладов.

Кроме того, тех или иных аспектов захоронения и утилизации отходов касалось еще 12 докладов, представленных на других секциях, в том числе, в разделе G.02. - "Инженерная геология":

- G.02.06 - "исследования площадок, опытные испытания и мониторинг в инженерной геологии"- 4 доклада;

- G.02.07 - "размещение и планирование важнейших промышленных объектов и и объектов инфраструктуры" - 2 доклада;

- G.02.01.- "инженерная геология применительно к крупным гражданским и горнопромышленным объектам" - 2 доклада.

Еще несколько докладов, косвенно затрагивающих проблемы, связанные с отходами, было сделано на других секциях, не инженерно-геологического профиля.

Таким образом, среди всего многообразия сообщений, представленных на 32 Геологическом конгрессе (более 8000 тезисов), проблема захоронения и утилизации отходов, так или иначе, была затронута лишь в 38 докладах, подготовленных исследователями из США (6 докладов); Германии (5 докладов); России (4 доклада); Швеции (3 доклада); Финляндии, Японии, Бразилии (по 2 доклада); а также Франции, Италии, Великобритании, Дании, Нидерландов, Румынии, Чехословакии, Киргизии, Индии, Ирана, Кореи и Кувейта (по 1 докладу).

Две трети всего количества докладов (23) было посвящено наиболее сложной проблеме глубокого геологического захоронения радиоактивных и химически опасных веществ. Остальные 15 работ касались прочих вопросов - размещению и утилизации твердых бытовых отходов, отходов горнопромышленного производства и теплоэнергетики.

Представляющая наибольший интерес проблема захоронения радиоактивных и опасных химических отходов особенно остро стоит для высокоактивных отходов (ВАО), как твердых, так и жидких, состоящих в основном из отработанного ядерного топлива. В ряде стран уже разработаны программы удаления отходов с поверхности Земли. Предлагаются разные альтернативные варианты, но единственно всеобще признанной возможностью избавления человечества от этого вида отходов на сегодняшний день представляется глубокое захоронение таких отходов в могильниках на глубине не менее 300-500 м в глубоких геологических формациях с соблюдением принципа многобарьерной защиты и обязательным переводом жидких отходов в отвержденное состояние. Наиболее подходящими по совокупности своих свойств геологическими формациями являются массивы каменных солей, глинисто-аргиллитовые формации, кристаллические (скальные) массивы (в частности, гранито-гнейсы), а также туфы [12].

Как известно, особенностью ВАО является то, что они содержат в своем составе, с одной стороны, относительно короткоживущие, но исключительно токсичные и тепловыделяющие элементы цезий-стронциевой группы, а с другой стороны, долгоживущие элементы трансурановой группы. Для изоляции первых необходимо применение коррозионностойких тугоплавких контейнеров способных выдержать срок как минимум в 1000 лет [12], а для изоляции элементов трансурановой группы требуется срок в миллионы лет, который не может быть обеспечен только инженерными барьерами.

В докладе Дж. Ф. Фергюсона из Шеффилдского университета Великобритании [9] рассматривается вариант раздельного захоронения тепловыделяющих цезий-стронциевых и долгоживущих трансурановых отходов. Первые предлагается размещать в глубоких скважинах в гранитах. Для этой цели исследователем проведены модельные эксперименты по расплавлению и последующей рекристаллизации гранитов, которые доказывают принципиальную возможность такого размещения тепловыделяющего компонента ОЯТ. По мнению автора, такое разделение могло бы существенно облегчить решение проблемы долговременного (до 10000 лет) глубокого геологического захоронения другой, трансурановой составляющей ВАО.

Тем не менее, реальность сегодняшнего дня такова, что разделение этих двух групп элементов пока технологически не достижимо, и специалистам в ближайшие десятилетия, видимо, придется иметь дело с ВАО смешанного состава, для которых единственно реальным решением является глубокое геологическое захоронение в специально оборудованные могильники [20].

Как видно из представленных на конгресс докладов, разные страны находятся на разных стадиях решения этой проблемы, начиная от выработки принципиального решения о выборе подходящей геологической среды захоронения и заканчивая утверждением конкретной площадки строительства могильника и функционирующими подземными лабораториями.

В США разрабатывается концепция обустройства могильника ВАО в туфовых формациях. Речь идет о могильнике в горах Юкка, штат Невада, где принято решение о строительстве могильника в зоне аэрации туфов выше УГВ. В силу горного ландшафта и аридности климата мощность зоны аэрации в этом районе превышает 750 м, что позволяет разместить могильник на глубине 350-400 м. Несмотря на ряд критических замечаний в адрес этого проекта, доклад, представленный на конгресс исследователями из аналитического центра по регулированию ядерных отходов юго-западного исследовательского института США [16] свидетельствует о том, что эта идея находит дальнейшее развитие. В районе гор Юкка продолжаются исследования, в частности, состава, агрессивности и коррозионной активности поровых вод по отношению к изоляционным материалам отходов. Проводятся термодинамические исследования и геохимическое моделирование поведения рассолов. Кроме того, в США продолжается изучение стратифицированных соляных отложений в районе г. Карлсбад (штат Нью-Мексико) в подземной опытной лаборатории по захоронению радиоактивных отходов (WIPP - Waste isolation pilоt plant), функционирующей вот уже 28 лет начиная с 1976 года. Лаборатория оборудована в пласте стратифицированной каменной соли пермского возраста на глубине 655 м от поверхности. Два доклада на конгрессе были посвящены исследованиям, проводимым в этой лаборатории, которая в настоящее время уже функционирует и как могильник [17, 18]. В последние 5 лет там проводится захоронение трансурановых отходов ядерного оружия. За это время в хранилище уже размещено 20% общего намеченного количества отходов. Возникающие в ходе исследований проблемы касаются расчета скорости ползучести каменной соли, обеспечения устойчивости кровли, гидрогеологических характеристик, усовершенствования системы упаковки отходов, уточнения планируемого объема и категорий размещаемых РАО и т.д.

Каменная соль также рассматривается как надежная геологическая среда для изоляции радиоактивных отходов в Германии. В этой стране планируется обустройство могильников РАО в соляных диапировых формациях. Концепция глубокого геологического захоронения всех типов РАО была разработана и утверждена в Германии еще в начале 1960х годов. В настоящее время там продолжаются геофизические, геологические, гидрогеологические и геомеханические исследования в бывшей соляной шахте Ассе (земля Нижняя Саксония), в которой с 1906 по 1964 производилась разработка калийных и каменных солей, а с 1995 г - начато складирование низкоактивных отходов. Полное заполнение этого могильника намечено на 2013 г. [10].

В Германии проводятся исследования двух крупных диапиров каменной соли- Горлебен и Морслебен - в целях использования их для изоляции РАО разного уровня активности. В последнем на сегодняшний день уже размещено около 37 тыс. м3 РАО. Продолжаются исследования геомеханической устойчивости этого соляного массива и надежности могильника в свете возможного прорыва подземных вод и рассолов. Рассматривается несколько вариантов окончательной изоляции могильника после его заполнения [7]. Как отмечается в докладе В. Брауэра [6] в 2001 г. в Германии было заключено правительственное соглашение с энергетическим компаниями о пересмотре стратегии захоронения РАО. Помимо уже утвержденных мест размещения РАО в соляных куполах было предложено провести дополнительные изыскания в других типах геологических формаций. Для выполнения поставленной задачи Федеральным министерством по охране окружающей среды и радиационной безопасности был назначен специальный комитет, которым в течение 1999--2002 гг. были разработаны геологические и социально-экономические критерии, а также процедура выбора потенциального места захоронения.

Материалы конгресса также дают представление о положении дел в решении проблемы захоронения радиоактивных отходов в других странах. Так, в Румынии ведутся исследования по выбору места глубокого геологического захоронения ОЯТ. В соответствии с принципом многобарьерной защиты, рассматриваются пять возможных геологических формаций: каменная соль, граниты, вулканические породы (туфы), зеленые сланцы и глинистые породы [13]. В Италии также ведутся исследования по выбору потенциального места обустройства могильника ВАО. В этой стране в качестве вмещающей среды однозначно рассматриваются пелитовые (глинистые) формации благодаря их высоким изолирующим и адсорбционным свойствам. В докладе М. Москателли и др. [14] описывается методика процедуры выбора места могильника с использованием ГИС. Перечислены основные параметры характеристики пелитовой формации в целях захоронения РАО и отмечено, что самым релевантным параметром явялется пространственная изменчивость мощности самого мощного глинистого слоя. Исследования глин и аргиллитов с точки зрения их применимости для окончательного захоронения ВАО ведутся также во Франции. В этой стране с 1999 г. продолжается строительство подземной лаборатории в 300 км восточнее Парижа на глубине 500 м в 130-метровой толще келловейско-оксфордского яруса юрских глин и аргиллитов. В подземной лаборатории намечено проведение экспериментов, направленных на изучение водопроницаемости пелитовых отложений, их сорбционных свойств, молекулярной диффузии радионуклидов и т.д. [8].

В Швеции могильники РАО размещаются в скальных массивах гранитов Скандинавского щита. Уже с 1980х годов действует могильник низко- и среднеактивных отходов рядом с АЭС в г. Форсмарк на глубине 50 м; а в 1985 г. вступило в строй промежуточное хранилище ОЯТ. В 1995 г. было завершено строительство и начато функционирование подземной скальной лаборатории для изучения взаимодействия складируемых радиоактивных отходов с окружающей геологической средой. В 2002 г. в Швеции начаты изыскательские работы на двух участках, намеченных для окончательного захоронения ОЯТ в гранитах. Один участок расположен в 150 км к северу от Стокгольма (участок Форсмарк), другой находится на юго-восточном побережье страны, недалеко от действующей подземной скальной лаборатории (участок Оксарсхамн). В докладах , представленных шведскими исследователями на 32 Международный Геологический конгресс, говорится о направлениях и объемах проводимых на каждом участке геологических, геофизических и гидрогеологических исследований [1, 4]. Все изыскания планируется завершить к 2008 г. В Финляндии хранилища низко- и среднеактивных отходов функционируют уже с 1990х годов. Как отмечается в докладах Т. Айкиса [2, 3], в 2006 г. планируется пересмотреть концепцию их безопасности. В 2004 г. в Финляндии планируется начать проходку подземного опытного тоннеля для проведения в нем тестов по долговременному размещению ВАО в кристаллических породах.

В заключение, необходимо остановиться на трех достаточно разноплановых докладах по этой тематике, поступивших из нашей страны. Несмотря на общепринятое положение об обязательной солидификации РАО перед захоронением, в России продолжается начатая в 1960х годах закачка жидких радиоактивных отходов в глубокие подземные горизонты, что отмечается в работе П.А. Ваганова из Ст.Петербургского государственного университета [19]. Как следует из стендового доклада, подготовленного коллективом авторов из Санкт Петербурга и Красноярска [5], в настоящее время в нашей стране также проводятся изыскания по выбору места глубокого геологического захоронения ВАО, в частности, Красноярском крае в пределах Нижнеканского гранитного массива в районе действующего горно-химического комбината. В намеченном районе уже проведена серия специальных полевых и лабораторных исследований, позволивших выбрать два перспективных участка для обустройства могильника площадью 15 - 20 кв. км каждый. В докладе В.Н. Козырева [11] обосновывается преимущество альтернативного способа захоронения ВАО в скважинах на глубине от 2 до 5 км в контейнерах диаметром до 1 м. В качестве вмещающих геологических формаций автором предлагаются вулканогенные и интрузивные породы Уральской и Саянской складчатых областей, архейско-протерозойские комплексы Балтийского щита и Восточно-Сибирской платформы, а также глубокозалегающие осадочные толщи Западно-Сибирской плиты и Прикаспийской впадины. Разумеется, представленные материалы не освещают всего многообразия научных исследований, проводимых в нашей стране по этому направлению, однако, они дают некоторое представление об их разносторонности и глубине.

В целом, обзор докладов, поступивших на 32 МГК, свидетельствует о неослабевающем внимании геологической науки к проблеме захоронения радиоактивных отходов. Представленные на конгресс результаты научных исследований, поведенных за четырехлетний период, истекший с предыдущего конгресса, говорят о значительных успехах на пути решения этой насущной проблемы, достигнутых в последние годы. Эти успехи позволяют надеяться на скорое решение проблемы избавления человечества от опасных отходов, накопленных в минувшем столетии.
Литература



  1. Ahlbom, K. Site investigations for a repository for nuclear fuel at Forsmark - Sweden // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  2. Aikas, T. Repositories for low and medium level radioactive wastes in Finland // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  3. Aikas, T. Scientific and technical basis for the geological repository in Finland // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  4. Almen, K.-E., Wikberg, P. Site investigations for a repository for spent nuclear fuel in Oskarshamn, Sweden // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  5. Anderson, E.B., Sibgatulin, V.G., Savonenkov, V.G., et al. Choice of the Nizhnekanskiy granitoid massif for the HLW deep geological disposal in Russia // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  6. Brauer, V. New developments in the German nuclear waste disposal management // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  7. Brewitz, W., Stier-Friedland, G. Geological features of the Morsleben site and their relevance for the long-term isolation of the disposed radioactive waste // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  8. Delay, J., Lesavre, A., Doe, T. The French underground research laboratory at Bure as a model precursor for deep geological repositories // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  9. Ferguson, G.F.G. An alternative strategy for high-level nuclear waste management through granite recrystallization// Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  10. Gaertner, G., Schmidt, M.W., Stockmann, N., Wallmueller, R. Geological exploration of a salt structure for mining, storage of radioactive waste and proof of long-term safety // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  11. Kozyrev V.N. Localization of solid high-toxic chemical and high-level waste in deep drill holes // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  12. Krauskopf, K. Geology of High-Level Nuclear Waste Disposal // Annual Rev. of Earth and Planetary Sci., 1988, v.16, pp. 32-35
  13. Marunteanu, C., Durdun, I. Radioactive waste disposal in Romania - Engineering geological approach // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  14. Moscatelli, M., Scrocca, D., Patera, A. et al. Evaluation of pelitic formations for waste disposal using GIS technologies // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  15. Olsson, O., Hedman, T., Sundman, B., Svemar, C., Geological disposal for radioactive waste - experience from operating facilities in Sweden // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  16. Pabalan, R., Yang L., Browning L. Thermodynamic modeling of brine chemistry in the in-drift environment of a potential high-level nuclear waste repository at Yucca Mountain, Nevada, U.S.A. // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  17. Powers, D.W. Lessons from early site investigations at the waste isolation pilot plant, New Mexico (USA) // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  18. Rempe, N. Early experience with deep geological waste disposal at the WIPP // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  19. Vaganov, P.A. Underground disposal of liquid radioactive waste in Russia // Abstracts of 32nd IGC, Florence 2004
  20. Лаверов Н.П., Омельянченко В.И., Величкин В.И. Геоэкологические аспекты проблемы захоронения радиоактивных отходов// Геоэкология, 1994, №6, стр.3-20