Уйти на глубину

Пожалуй, один из самых амбициозных проектов Национального оператора по обращению с РАО (НО РАО) — создание подземной исследовательской лаборатории (лаборатория-НКМ) и пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО) на территории Нижнеканского скального массива. Специалисты компании подготовили обзор технических решений и описали основные этапы реализации проекта.

В материале рассмотрены проектные и технические решения по созданию подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ) и в перспективе — ПГЗРО. Представлены основные этапы реализации проектов, а также шесть фаз «Стратегии создания ПГЗРО».

Стратегия России в области бэкенда предполагает переход на замкнутый ядерный топливный цикл, с переработкой всех видов облученного топлива АЭС, выделением из ОЯТ урана и плутония для последующего использования. При этом радиоактивные отходы, в соответствии с Федеральным законом об обращении с РАО, должны быть направлены на окончательное захоронение (то есть их извлечение из объекта захоронения не предусматривается). Это касается и отходов, образующихся при переработке ОЯТ. Таким образом, Россия придерживается в части РАО так называемой стратегии окончательного захоронения (в европейских странах зачастую нормативные документы предполагают возможность изъятия РАО из мест финальной изоляции). Общие положения государственной политики России в отношении радиоактивных отходов лежат в основе концепции создания ПГЗРО, разработанной, НО РАО.

Общее описание проектов
Пункт глубинного захоронения (ПГЗРО):

• предназначен для глубинного захоронения долгоживущих ВАО с высоким тепловыделением (РАО класса 1) и долгоживущих ВАО и САО с незначительным тепловыделением (РАО класса 2);
• предварительный этап — создание на площадке Подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ);
• площадка — участок «Енисейский» на Нижнеканском массиве скальных пород (архейские гнейсы) в Красноярском крае, на расстоянии 6 км от г. Железногорска и 4,5 км от р. Енисей (см. Рис. 1);
• возраст вмещающих пород — 80% гнейсов и 20% долеритов — более 2,5 млрд лет;
• РАО класса 1 планируется захоранивать в вертикальных скважинах глубиной 75 метров, в толстостенных пеналах, с мощным бентонитовым барьером;
• РАО класса 2 планируется размещать в штабелях контейнеров в горизонтальных подземных выработках.

Первая очередь ПГЗРО создается с целью окончательного вывода из сферы жизнедеятельности ранее накопленных в РФ наиболее экологически опасных долгоживущих ВАО и САО, находящихся в наземных временных хранилищах.

Подземная исследовательская лаборатория — первоначальный этап сооружения ПГЗРО, в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ и международным опытом выполнения аналогичных работ. Она необходима для обоснования долговременной безопасности глубинного захоронения долгоживущих РАО.

Задачи подземной ­лаборатории:

• дополнительные исследования характеристик вмещающего массива горных пород;
• подтверждение пригодности массива пород для безопасного глубинного захоронения долгоживущих РАО;
• исследование и обоснование изолирующих свойств системы инженерных барьеров;
• отработка технических решений и транспортно-технологических схем строительства и эксплуатации объекта захоронения РАО;
• обучение производственного персонала.

Всего в мире создано 34 подземных исследовательских ­лаборатории.

Проведение исследований непосредственно на глубине, где планируется размещение камер захоронения кондиционированных РАО, обеспечит значительно более достоверную оценку всех аспектов проекта (по сравнению с исследованиями на поверхности). Специалистам лаборатории предстоит провести комплекс инженерно-геологических изысканий, натурных и лабораторных исследований в горно-капитальных сооружениях. Итогом работы станет комплексная оценка геологических, гидрогеологических, структурно-тектонических и сейсмических условий исследуемого массива горных пород, физико-механических, теплофизических, сорбционно-миграционных характеристик пород.

Участок «Енисейский» выбран для размещения ПИЛ НКМ на основании комплексных исследований с поверхности и бурения геологоразведочных скважин глубиной до 700 метров. Исследования велись начиная с 1992 года.

В составе лаборатории-НКМ (см. Рис. 2) будет создано несколько подземных сооружений:

• три вертикальных ствола (вспомогательный, технологический, вентиляционный) с околоствольными дворами на горизонтах глубиной 450 и 525 метров;
• горизонтальные выработки, оконтуривающие площадь будущего размещения подземных сооружений ПГЗРО для захоронения РАО, создаются только на горизонте 450 м;
• исследовательские выработки лаборатории НКМ — на горизонтах глубиной 450 и 525 метров;
• дополнительно на горизонте 450 метров создается поперечная выработка для исследований массива горных пород внутри площади будущего размещения подземных сооружений ПГЗРО.

После сооружения основных объектов лаборатории допускается создание дополнительных исследовательских выработок с целью проверки альтернативных вариантов размещения РАО.

Участок «Енисейский» предварительно признан пригодным для захоронения РАО (заключение ГКЗ «Роснедра» получено в 2016 году). Уже утвержден проект создания ПГЗРО и ПИЛ. Получена лицензия на размещение и сооружение лаборатории.

В 2017 году специалисты, НО РАО разработали «Стратегию создания ПГЗРО» на долгосрочный период, в соответствии с международной практикой организации исследований в подземных лабораториях, а также «Стратегический мастер-план исследований», предусматривающий поэтапные исследования по 150 направлениям.

Принято решение скорректировать проект создания ПГЗРО с выделением подземной лаборатории в качестве самостоятельного законченного объекта и всесторонними комплексными исследованиями. Лаборатория обоснует долговременную безопасность и возможности перехода к промышленной эксплуатации 1-й очереди ПГЗРО.

Помимо ПИЛ и ПГЗРО, на той же площадке создается наземный Демонстрационно-исследовательский центр (ДИЦ).

Его задачи:

• отработка нестандартизированного оборудования по обращению с РАО, в том числе всех типов транспортных контейнеров, невозвратных упаковок, транспортно-перегрузочного оборудования;
• экспериментальное исследование и оптимизация конструкции и параметров инженерных барьеров;
• отработка и оптимизация транспортно-технологических операций обращения с РАО в дистанционном режиме с видеоконтролем, вначале на макетах, а затем — на образцах нестандартизированного оборудования;
• экспериментальное исследование автоматизированной системы контроля параметров массива пород и инженерных барьеров в условиях будущей лаборатории и ПГЗРО;
• работа с общественностью и экспертами — демонстрация безопасности эксплуатации ПГЗРО;
• обучение персонала.

Зачем нужен еще один исследовательский центр наверху, помимо подземной лаборатории? Отдельные эксперименты (например, отработку транспортно-технологических операций) дешевле и проще провести на поверхности. Причем к ним можно будет приступить, не дожидаясь завершения строительства подземной части объекта, что позволит значительно сэкономить время и деньги. Центр также будет заниматься выявлением и устранением недостатков в технических решениях подземных сооружений и нестандартного оборудования, то есть станет своего рода сервисной службой для ПИЛ. Наверху практически нет пространственных ограничений, так что в ДИЦ можно будет создать ряд экспериментальных и вспомогательных участков лаборатории. Обучение персонала ПИЛ и ПГЗРО проще проводить в центре, без помех для производственного процесса. Здесь будут более комфортные (чем в подземной лаборатории) производственно-бытовые условия, а стало быть, выше эффективность.

Структура «Стратегии»
Профильный проектный офис ГК «Росатом» при участии экспертов, НО РАО разработал «Стратегию создания пункта глубинного захоронения РАО». Этот документ необходим, поскольку создание ПИЛ и ПЗГРО — по сути, национальный проект, сложный и важный.

27 октября 2017 года «Стратегия» была одобрена на совместном заседании двух секций Научно-технического совета Росатома (№ 5 — "Завершающая стадия ядерного топливного цикла" и № 10 — "Экологическая, ядерная и радиационная безопасность"). Затем ее утвердил генеральный директор госкорпорации Алексей Лихачев.

Стратегия включает шесть фаз, реализуемых последовательно. Продолжительность фаз может варьироваться в зависимости от факторов геологического, гидрологического, инфраструктурного и иного характера, выявляемых в ходе исследований.

Основные (ожидаемые) результаты каждой фазы. Длительность реализации
Фаза 1.
Подготовительные работы по созданию ПИЛ. Длительность — до пяти лет.

• Должен быть сформирован Управляющий совет, определены главный проектант, главный конструктор и научный руководитель.
• Утвержден Стратегический мастер-план обоснования долговременной безопасности, включая общую программу исследований в ПИЛ.
• Подготовлены детализированная программа исследований в ПИЛ и комплексная программа мониторинга.
• Проведена корректировка проектной документации на создание ПИЛ и ПГЗРО, разработан проект ДИЦ.
• Введены в эксплуатацию обеспечивающие наземные объекты энергетического комплекса ПИЛ.
• Определены все организации — источники поступления на захоронение РАО классов 1 и 2 на долгосрочный период.
• Организован выпуск специального научно-технического журнала «Радиоактивные отходы».
• Ежегодные отчеты о реализации проекта составляются и обсуждаются с общественностью региона.
• Информация о ходе реализации «Стратегии» представляется на очередном Совещании высоких договаривающихся сторон по Объединенной конвенции.
• Проведение 1-й международной конференции по проблематике создания и обоснования безопасности пункта захоронения РАО глубинного типа в Нижнеканском массиве.

Фаза 2.
Сооружение наземного ДИЦ и ПИЛ. Длительность — до пяти лет.

• Созданы наземные и подземные сооружения ПИЛ.
• ДИЦ и ПИЛ построены и введены в эксплуатацию.
• В сооружениях ДИЦ персонал обучается работе в ПИЛ.
• Разработана детализированная программа исследований в ПИЛ, обоснованы все установки ПИЛ, условия проведения экспериментов и прогноз результатов исследований на 10–15 лет.
• В ДИЦ идет отработка нестандартизированного оборудования и транспортно-технологических схем обращения с РАО, в том числе в дистанционном режиме.
• В ДИЦ идут экспериментальные работы по оптимизации составов изолирующих смесей для захоронения РАО классов 1 и 2.
• Разработано обоснование долгосрочной безопасности, соответствующее международным требованиям.
• Обоснованы критерии приемлемости РАО.
• Во всех организациях — производителях РАО классов 1 и 2 разработаны программы подготовки РАО к захоронению.
• Материалы обоснования долговременной безопасности представлены на международную экспертизу.
• Ежегодные отчеты по реализации проекта составляются и обсуждаются с общественностью региона.
• Результаты исследований публикуются в журнале «Радиоактивные отходы», представляются на международных конференциях.

Фаза 3.
Эксплуатация ДИЦ и ПИЛ. Длительность — пять лет и более.

• Эксплуатация ПИЛ: проведение, анализ и сопровождение исследований, обобщение результатов.
• Реализация комплексной программы мониторинга.
• Отработка в ДИЦ и ПИЛ нестандартизированного оборудования и транспортно-технологических схем обращения с РАО, оптимизация составов изолирующих смесей для захоронения РАО классов 1 и 2.
• Обучение персонала (в сооружениях ДИЦ и подземных сооружениях ПИЛ) работе в ПГЗРО.
• Развитие обоснования безопасности с учетом результатов исследований в ПИЛ и рекомендаций международной экспертизы.
• Авторское сопровождение проекта ПГЗРО.
• Подготовка РАО на предприятиях Росатома к окончательному захоронению.
• Общественная экспертиза безопасности объекта.
• Заключение международной экспертизы обоснования долговременной безопасности ПГЗРО.

Фаза 4.
Принятие решения и проведение мероприятий по сооружению 1-й очереди ПГЗРО, лицензирование преобразования ПИЛ в ПГЗРО и его эксплуатации. Длительность — пять лет и более.

• Эксплуатация ПИЛ. Анализ и сопровождение исследований.
• Развитие обоснования безопасности с учетом результатов исследований в ПИЛ.
• Подготовка документации («Отчет по обоснованию безопасности» и «Оценка воздействия на окружающую среду») для представления в органы регулирования с целью получения лицензии на ввод в эксплуатацию пункта захоронения РАО. Анализ альтернативных сценариев создания 1-й очереди ПГЗРО.
• Принятие решения и сооружение 1-й очереди ПГЗРО.
• Обучение персонала в сооружениях ДИЦ и ПИЛ работе в ПГЗРО. Аттестация персонала ПГЗРО.
• Разработка плана 1-й очереди работ по приему РАО на захоронение.
• Реализация программ подготовки РАО в организациях отрасли.
• Формирование плана транспортирования РАО 1-й очереди на захоронение.
• Апробация системы подготовки контейнеров с РАО на предприятиях и транспортирования.

Фаза 5.
Эксплуатация 1-й очереди ПГЗРО. Длительность — 30 лет и более.

• Модификация системы управления с учетом начала эксплуатации ПГЗРО.
• Продолжение экспериментов в ПИЛ.
• Авторское сопровождение проекта ПГЗРО.
• Эксплуатация 1-й очереди ПГЗРО. Загрузка РАО в технологические скважины и камеры захоронения ПГЗРО.
• Формирование контейнеров с РАО на предприятиях Росатома, сопроводительных документов, транспортирование РАО для 1-й очереди на ПГЗРО.
• Разработка решений по закрытию 1-й очереди ПГЗРО.
• Сохранение и развитие знаний об объекте.

Фаза 6.
Закрытие первой очереди ПГЗРО. Длительность — пять лет и более.

• Проводятся дополнительные исследования в ПИЛ.
• Принятие решения и проект закрытия 1-й очереди ПГЗРО, лицензирование закрытия.
• Выполнены завершающие операции для консервации сооружений и закрытия 1-й очереди ПГЗРО.
• Закрытие 1-й очереди ПГЗРО.
• Отчеты о закрытии 1-й очереди ПГЗРО составляются ежегодно и обсуждаются с общественностью региона.
• Выполнен анализ объемов и характеристик новых накопленных РАО классов 1 и 2 для обоснования развития ПГЗРО.
• Подготовлено обоснование перспектив развития ПГЗРО с учетом данных по новым накопленным РАО классов 1 и 2.

Создание пункта глубинного захоронения позволит прекратить накопление радиоактивных отходов 1 и 2 классов опасности в организациях Росатома и поможет разгрузить временные хранилища РАО. Россия станет одной из двух стран мира, обладающих комплексной и полной инфраструктурой заключительной стадии жизненного цикла ядерной энергетики. Эксперты НО РАО также прогнозируют мультипликативный эффект в части развития инновационных решений и разработок, который может быть получен за счет реализации портфеля заказов уникальных технологических решений.



Благодарность
Авторы выражают глубокую признательность специалистам ИБРАЭ РАН И. И. Линге и С. С. Уткину за согласованную и плодотворную работу.