ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ОПЫТНО- ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОЯТ И ТРО В ТОЛЩЕ

1. ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ «РОСАТОМ»Открытое акционерное общество«Ведущий проектно-изыскательскийи научно-исследовательский институт промышленной технологии»(ОАО «ВНИПИпромтехнологии») ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ОПЫТНО- ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОЯТ И ТРО В ТОЛЩЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД С.Б. КАРАПЕТЯН, П.В. ЛОПАТИН, В.П. ПАРФЕНОВ, Н.В. ГАРМАШЕВА 2012 1

2. ВВЕДЕНИЕ Требования Федерального закона №190 «Об обращении с радиоактивными отходами…» – захоронение ВАО и долгоживущих САО в глубоких геологических формациях Политика Госкорпорации «Росатом» в области обращения с ОЯТ – переработка ОЯТ и возврат в ядерный топливный цикл регенерированных ядерных материалов Отраслевая концепция постулирует для всех типов ОЯТ АЭС технологические схемы, предусматривающие хранение и пеработку ОЯТ. Исключение – ОЯТ БиАЭС; для него не разработана технологическая цепочка обращения с ОЯТ при выводе АЭС из эксплуатации В рамках ФЦП ЯРБ проработан вариант обращения с ОЯТ – создание пункта окончательной изоляции РАО и ОЯТ (скважинного или штольневого типа) в районе размещения БиАЭС 2

3. БИЛИБИНСКАЯ АЭС(КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА) БиАЭС состоит из четырех одинаковых энергоблоков общей электрической мощностью 48 МВт. Оснащение энергоблока - канальный водографитовый ядерный реактор ЭГП-6. Пуск первого блока БиАЭС - 12 января 1974 года, четвертого– 30 декабря 1976 года. Проектный срок эксплуатации - около 30 лет . Оценочный срок, при модернизации с проведением необходимых технических мероприятий, - 40-45 лет (до 2019-2020 годов). 5. Хранение ОЯТ - в приреакторных бассейнах выдержки. 3

4. Цель создания опытно-промышленного объекта (ОПО) подземной изоляции ОЯТ и РАО в зоне размещения Билибинской АЭС Требования к опытно-промышленному объекту (ОПО) подземной изоляции ОЯТ и РАО в зоне размещения Билибинской АЭС Экологически безопасное и экономически приемлемое окончательное удаление в глубокие геологические формации накопленного за весь период эксплуатации Билибинской атомной станции облученного ядерного топлива, твердых радиоактивных и кондиционированных жидких радиоактивных отходов. Обеспечение экологически безопасной, технологически надежной и экономически приемлемой изоляции ОЯТ и ТРО Билибинской АЭС на весь срок их потенциальной опасности 4

5. Местоположение опытно-промышленного объекта (ОПО) подземной изоляции Аэропорт Кепервеем – Билибино – 40 км (шоссейная дорога) Билибино – порт Зеленый Мыс - 281 км (автозимники) / авиаперелет Билибино - порт Певек– 370 км (автозимники) / авиаперелет 5

6. Факторы, определяющие специфичность Билибинской АЭС: только на БиАЭС используются реакторы типа ЭГП-6; всё ОЯТ хранится в приреакторных бассейнах выдержки (БВ). БиАЭС является основным источником электроэнергии в изолированной Чаун-Билибинской энергосистеме и единственным источником тепла в системе теплоснабжения гор. Билибино и собственно АЭС; станция расположена в отдаленном, малонаселенном районе страны, в зоне заполярной тундры с вечномерзлой почвой; район в целом не имеет стабильных транспортных коммуникаций с остальной частью страны — все перевозки осуществляются морским транспортом через порты Певек и Зеленый Мыс в течение периода навигации и по зимникам от портов до гор. Билибино; • регион отличается экстремальными климатическими условиями: 8-9 месяцев зимы, чрезвычайно низкая, до минус 50 °С и ниже, температура воздуха зимой, сильные и длительные зимние метели и пурга. 6

7. Концепция изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах В начале 1990-х годов ОАО «ВНИПИпромтехнологии» была разработана концепция использования многолетнемерзлых горных пород (ММГП) в качестве геологической формации для подземной локализации РАО. Концепция была рассмотрена и одобрена Госкомприроды СССР, Гоcпроматомнадзором, 3-им Управлением Минздрава СССР, Радиохимической секцией НТС Минатомэнергопрома СССР и другими специализированными организациями. 7

8. Основные положения концепции изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах Отсутствие во вмещающей геологической среде воды в свободном состоянии, что препятствует возможности миграции радионуклидов из могильника в окружающую среду. Замедление течения окислительно-восстановительных реакций в ММГП, что увеличивает время работоспособности инженерных барьеров. Природный холод - как естественный теплофизический барьер. Характерное время существования зоны оттаивания - несколько десятков лет. Последующее замораживание всего рабочего объема могильника и восстановление средних температур ММГП. Перенос радионуклидов из рабочего объема пункта изоляции - лишь в форме диффузии, что при отсутствии водообмена в условиях многолетней мерзлоты не приведет к загрязнению окружающей среды ввиду чрезвычайно малых скоростей протекания этого процесса. Работоспособность инженерных барьеров обеспечивает локализацию области возможного распространения радионуклидов из могильника в течение периода оттаивания. Вывод: Геологические и геокриологические условия в районе расположения Билибинской АЭС соответствуют концепции захоронения ОЯТ и РАО в ММГП. 8

9. Количество ТРО, образованных на БиАЭС к началу вывода из эксплуатации (за 40 лет) ВСЕГО: ТРО – 17542 м³, в том числе: облученный графит – 1254,5 т; эксплуатационные РАО – 10800 м³; РАО от вывода из эксплуатации – 9450 м³ (оценка); ЖРО ~ 1000 м³. ЕЖЕГОДНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ТРО и ЖРО (отвержденные): ТРО ~ 270 м³, в том числе: I группы (НАО) - 200 м³; II группы (НАО) - 50 м³; III группы (НАО) - 20 м³; ЖРО (отвержденные) ~ 25 м³. Основные радионуклииды, определяющие радиоактивность ТРО: 60Co (80%); 54Mn; 51Cr. 9

10. Количество ОЯТ, образованных на БиАЭС к началу вывода из эксплуатации (за 40 лет) ВСЕГО: 8200 штук отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ПЛАНИРУЕМОЕ ЕЖЕГОДНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ ОТВС НА ОБЪЕКТ ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ: 420 ОТВС / 672 ОТВС (60 ЧДХ / 96 ЧДХ) ПЛАНИРУЕМЫЙ СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТА ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ: 20 ЛЕТ 10

11. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРАННОГО УЧАСТКА ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ (вариант I) Требования к размещению ОЯТ и ТРО на объекте окончательной изоляции Участок занимает пологую вершину водораздела протяженностью 5 км и шириной 1-2 км, т.е. достаточен для размещения ОПО площадью ~ 30 га и ССЗ - радиусом 500 м; Опытно-промышленный объект находится в пределах зоны наблюдения БиАЭС; Площадка сложена терригенной формацией триасового возраста, представленной толщей песчаников и алевролитов. Породы трещиноваты до глубины 20-50 м, наибольшая суммарная влажность менее 0,2 ед.; глубина сезонного оттаивания – 1,5 м, среднегодовая температура пород на глубине нулевых годовых амплитуд (12 м) минус 5÷7  С, мощность ММГП от 250 до 450 м; Температура горных пород на глубине 200 м – минус 2,8 в соответствии с картами общего сейсмического районирования ОСР-97В и ОСР-97Д интенсивность проектного землетрясения для грунтов II категории в районе БиАЭС составляет 6 баллов, а максимального расчетного землетрясения (МРЗ) – 8 баллов по шкале MSK-64. 11

12. Требования к конструкции могильника и технологии его заполнения ОЯТ и ТРО: надежная изоляция ОЯТ и ТРО на весь период их потенциальной опасности; ядерная безопасность окончательной изоляции ОЯТ; радиационная безопасность захоронения ОЯТ и ТРО; исключение или минимизация проникновения в могильник воды; устойчивость и безопасность при возникновении природных катаклизмов; технологичность строительства при использовании существующих механизмов и технологий; унификация размеров упаковок и контейнеров ОЯТ и РАО различных категорий; дистанционное управление загрузкой могильников (при необходимости); исключение или максимальное затруднение возможности несанкционированного проникновения в могильник; применение мультибарьерной инженерной защиты для исключения распространения радионуклидов за пределы зоны локализации ОЯТ и ТРО 12

13. Принципиальная конструктивная схема могильника штольневого типа для размещения РАО и ОЯТ (вариант II) 13

14. Камера захоронения РАО (НАО, САО, ВАО) в могильнике штольневого типа

15. Выработка захоронения ОЯТ в могильнике штольневого типа 15

16. Принципиальная схема скважины захоронения ЧДХ с ОЯТ диаметром 450 мм (с ВАО диаметром 486 мм) 16

17. Распространение и глубины залегания ММГП на территории России (слева), районы в зоне мерзлоты (справа): Якутия (4), север Дальнего Востока (5) Изменение термического состояния и деградация многолетнемерзлых пород 17

18. Минимальная (А), наиболее вероятная (Б) и максимальная (В) глубины таяния ММГП на территории России для различных моделей климатических условий 2050 г. Глубины таяния ММГП для различных моделей климатических условий 2050 г.(на основе методов прогноза изменения среднегодовой температуры пород на ближайшие 100÷150 лет, разработанных на кафедре геокриологии Геологического факультета МГУ 2000г.) - район Билибино 18

19. Деградация мерзлоты при глобальном потеплении климата к 2050 и к 2110 гг. (Э.Д. Ершов, МГУ, 1997 г) (по сценарию, предложенному сотрудниками Института Глобального Климата и Экологии РАН (ИГКЭ), согласно которому на территории криолитозоны России к 2100 г. среднегодовая температура приземного слоя воздуха повысится на 4÷8ºC в зависимости от географического положения района) 19

20. Оценка теплового состояния пункта подземной изоляции при эксплуатации ОПО(температурный режим и параметры ореолов оттаивания вмещающих ММГП рассчитаны на основе решения задачи Стефана)Вывод: Повышение температуры оттаявших пород и образование ореолов оттаивания мерзлых пород вокруг места размещения ОЯТ и тепловыделяющих ТРО не играет существенной роли, поскольку за пределами ореола оттаивания продолжают существовать не фильтрующие и устойчивые в прочностном отношении ММГП. 20

21. Выводы: Результаты анализа теплофизических и термомеханических режимов при размещении ОЯТ в пункте глубинного захоронения в районе БиАЭС 21

22. Удельные стоимостные показатели варианта 1 поступления Основные технико-экономические показатели(в зависимости от вариантов размещения ОЯТ и ТРО) Удельные стоимостные показатели варианта 4 поступления – ОЯТ (для 96 ЧДХ в год) и сопутствующие ВАО) В текущих ценах IV квартала 2011 года. 22

23. Категорийность опытно-промышленного объекта по условиям надежности и безопасности 23

24. Проблему экологически безопасного и экономически приемлемого окончательного удаления значительных объемов ОЯТ и РАО с Билибинской АЭС, размещенных в настоящее время во временных хранилищах, может решить создание опытно-промышленного объекта подземной изоляции ОЯТ и ТРО в толще многолетнемерзлых пород в зоне размещения Билибинской АЭС. На основе проведенной комплексной оценки воздействия на окружающую среду намечаемого к строительству опытно-промышленного объекта захоронения ОЯТ и РАО можно сделать вывод, что при выполнении необходимых мероприятий по снижению воздействий на окружающую среду, превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ для всех ингредиентов и групп суммации не ожидается. Билибинская АЭС – наиболее удаленная от предприятий ЯТЦ. Климатические условия, существующие многие тысячелетия, дают уникальные возможности не только надежной изоляции сравнительно небольшого количества ОЯТ и ТРО, но позволят осуществить создание нового уникального центра (подземной лаборатории) по изучению перспектив геологической изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах Заключение 24

25. ОАО «Инженерный центр ядерных контейнеров» • ОАО «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники» («НИКИЭТ им. Доллежаля») • ООО НПФ «Сосны» • Федеральное государственное унитарное предприятие «Специальное научно-производственное объединение «Элерон» • «Анюйская горно-геологическая компания» • Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Билибинская атомная станция» В выполнении работ по госконтракту принимали участие: Основание для выполнения работы • Федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» – п.197 «Повышение безопасности хранения ранее накопленного отработавшего ядерного топлива, подготовка к вывозу накопленного топлива реакторов ЭГП–6 Билибинской АЭС». • Государственный контракт № Д.4ш.21.25.11.1192 (№ 110-1411) от 04.07.2011 г. между ОАО «ВНИПИпромтехнологии» и ГК «Росатом». 25

26. Спасибо за внимание! 26