Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
20 мбэр в год. Это чрезвычайно строгие требования для геологического хранилища (см. рис. 1). Независимо от того, насколько грамотно мы подойдем к решению технических вопросов создания сдерживающих инженерных барьеров - проектированию контейнеров для хранения и штолен для изоляции отходов, - в конце концов, вода просочится в хранилище, вызовет коррозию контейнеров, растворит содержащиеся в отходах радионуклиды и вынесет их наружу. Когда это произойдет, сама природа -естественные геологические барьеры-должна будет протянуть руку помощи, чтобы удержать отходы. Исследование и моделирование эффективности природных барьеров стало центральной
проблемой деятельности Лос-Аламос -ской национальной лаборатории с начала 1980-х годов.
В ходе исследований мы искали ответы на множество вопросов. У каких радионуклидов больше вероятность того, что они будут растворены и вынесены? Насколько быстро они будут распространяться в горной породе? Какие дозы облучения могут получить жители долины Амаргоза, ближайшей населенной местности, если радионуклиды попадут в грунтовые воды, которые питают их водоемы? Будут ли эти дозы оставаться на уровне 20 мбэр/год, т. е. менее 10% обычного радиационного фона, в течение 10 тысяч и более лет?
Чтобы дать надежный ответ, требуется накопить научные данные по геохимии и гидрологии местности, например, данные по химическому составу грунтовых вод, данные о сорбционных свойствах минералов, информацию о возможных путях течения грунтовых вод, а также информацию о самих радионуклидах. Совокупность этих данных необходима для оценки поведения сложной физико-химической системы на протяжении многих тысячелетий. Поскольку никакой эксперимент не может дать точный прогноз переноса радионуклидов на протяжении 10 тысяч и более лет, мы разработали компьютерные модели для имитации процессов миграции. Это моделирование сейчас проходит проверку путем сравнения с данными, полученными в ходе широких полевых испытаний.
В самом начале работы мы определили, что нептуний является самым “худшим” радионуклидом с точки зрения возможности и последствий его миграции. В результате большая часть нашей работы была посвящена попыткам получить характеристики химических форм нептуния, его растворимости и сорбции и моделировать его перенос. Что касается последнего, мы разработали подробную модель того, каким образом вода просачивается сквозь гору, в частности, определили, сколько воды пройдет через разломы и трещины и какая часть проникнет в основной массив породы. Недавно мы установили коллоидный перенос как процесс, который также необходимо учитывать при моделировании.
На сегодняшний день расчеты показывают, что потребуется намного больше 10 тысяч лет, чтобы произошла утечка нептуния из хранилища. Фактически должно пройти по крайней мере 100 тысяч лет до возникновения возможности того, что дозы излучения вследствие утечки радионуклидов достигнут установленного EPA предела в 20 мбэр/год. Мы крайне осторожны в прогнозах. Основные неопределенности в рассчитанных параметрах переноса были оценены путем анализа чувствительности, и при моделировании мы предполагаем наихудшие из возможных сценариев выхода и переноса радионуклидов.
Однако, если учесть сложность задачи прогнозирования комплексных геохимических процессов в геологическом масштабе времени, горячие научные споры по поводу надежности хранилища не вызывают удивления. По-прежнему остается много неопределенностей, связанных с нашими прогнозами, и мы только начинаем получать данные полевых испытаний, проводимых вблизи горы Юкка, касающиеся процессов переноса, которые помогут обосновать наши прогнозы. Мы взвешиваем и другие факторы, такие как вероятность климатических изменений, которые могли бы повысить уровень осадков в этом районе, и чувствительность к вулканической активности (см. вставку на с. 494). Поэтому далее следует описание того, каким образом в Лос-Аламосе разрабатывается и используется компьютерное моделирование, чтобы заглянуть в будущее через 10 тысяч лет и намного дальше.
Хранилище в горе Юкка
На сегодняшний день Министерство энергетики США (DOE) затратило 6 миллиардов долларов на исследование возможности хранения отработавшего топлива в глубине горы Юкка. В проекте принимают участие ученые и инженеры из Центра геологических исследований США (U.S. Geological Survey), несколько национальных лабораторий, а также большое количество частных компаний и государственных ведомств. Перед ними стоит задача спроектировать хранилище, определить геологию
Number 26 2000 Los Alamos Science
469
Гора Юкка
(б) Множественные барьеры для удержания отходов. Первоначальная конструкция хранилища включала в себя штольню, пол и опоры. В современных модификациях рассматривается возможность повысить сохранность отходов за счет дополнительных керамических покрытий контейнеров, размещения над контейнерами экранов наподобие зонтиков для защиты от конденсата и использования засыпки штолен.
Рис. 2. Инженерные барьеры в горе Юкка
(а) Подземные штольни. Согласно нынешним представлениям хранилище будет состоять из подземных штолен общей длиной 160 километров с вентиляционными шахтами и аппарелями. Стальная и бетонная крепь штолен и контейнеры с отходами, которые будут в них находиться, образуют в совокупности основные инженерные барьеры для изоляции отходов. После доставки внутрь по рельсам контейнеры будут помещены на опоры с помощью кранов с дистанционным управлением.
