ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ РОСАТОМ Открытое акционерное

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

ВВЕДЕНИЕ 1. Требования Федерального закона № 190 «Об обращении с радиоактивными отходами…» – захоронение ВАО и долгоживущих САО в глубоких геологических формациях 2. Политика Госкорпорации «Росатом» в области обращения с ОЯТ – переработка ОЯТ и возврат в ядерный топливный цикл регенерированных ядерных материалов 3. Отраслевая концепция постулирует для всех типов ОЯТ АЭС технологические схемы, предусматривающие хранение и пеработку ОЯТ. 4. Исключение – ОЯТ Би. АЭС; для него не разработана технологическая цепочка обращения с ОЯТ при выводе АЭС из эксплуатации 5. В рамках ФЦП ЯРБ проработан вариант обращения с ОЯТ – создание пункта окончательной изоляции РАО и ОЯТ (скважинного или штольневого типа) в районе размещения Би. АЭС

БИЛИБИНСКАЯ АЭС (КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА) Би. АЭС состоит из четырех одинаковых энергоблоков общей электрической мощностью 48 МВт. Оснащение энергоблока - канальный водографитовый ядерный реактор ЭГП-6. Пуск первого блока Би. АЭС - 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.

Цель создания опытно-промышленного объекта (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. Требования к опытно-промышленному объекту (ОПО) подземной изоляции ОЯТ и РАО в зоне размещения Билибинской АЭС Обеспечение экологически безопасной, технологически надежной и экономически приемлемой изоляции ОЯТ и ТРО Билибинской АЭС на весь срок их потенциальной опасности

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

Факторы, определяющие специфичность Билибинской АЭС: Ø только на Би. АЭС используются реакторы типа ЭГП-6; Ø всё ОЯТ хранится в приреакторных бассейнах выдержки (БВ). Ø Би. АЭС является основным источником электроэнергии в изолированной Чаун. Билибинской энергосистеме и единственным источником тепла в системе теплоснабжения гор. Билибино и собственно АЭС; Ø станция расположена в отдаленном, малонаселенном районе страны, в зоне заполярной тундры с вечномерзлой почвой; Ø 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; Ø 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.

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.

Основные положения концепции изоляции ОЯТ и ТРО в многолетнемерзлых породах Ø Отсутствие во вмещающей геологической среде воды в свободном состоянии, что препятствует возможности миграции радионуклидов из могильника в окружающую среду. Ø Замедление течения окислительно-восстановительных реакций в ММГП, что увеличивает время работоспособности инженерных барьеров. Ø Природный холод - как естественный теплофизический барьер. Ø Характерное время существования зоны оттаивания - несколько десятков лет. Ø Последующее замораживание всего рабочего объема могильника и восстановление средних температур ММГП. Ø 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. Ø Работоспособность инженерных барьеров обеспечивает локализацию области возможного распространения радионуклидов из могильника в течение периода оттаивания. Ø Вывод: Геологические и геокриологические условия в районе расположения Билибинской АЭС соответствуют концепции захоронения ОЯТ и РАО в ММГП.

Количество ТРО, образованных на Би. АЭС 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: 60 Co (80%); 54 Mn; 51 Cr.

Количество ОЯТ, образованных на Би. АЭС 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

Требования к размещению ОЯТ и ТРО на объекте окончательной изоляции ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРАННОГО УЧАСТКА ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ (вариант I) • 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 Би. АЭС; • 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-97 В и ОСР-97 Д интенсивность проектного землетрясения для грунтов II категории в районе Би. АЭС составляет 6 баллов, а максимального расчетного землетрясения (МРЗ) – 8 баллов по шкале MSK-64.

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

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

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

Выработка захоронения ОЯТ в могильнике штольневого типа 15

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

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

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 2000 г. ) Минимальная (А), наиболее вероятная (Б) и максимальная (В) глубины таяния ММГП на территории России для различных моделей климатических условий 2050 г. - район Билибино

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) Зависимость времени начала оттаивания ММГП (τ) от их начальной среднегодовой температуры (to) разных трендов потепления климата: 1 -∆t =0, 045 о. С/год, 2 -∆t =0, 06 о. С/год Зависимость прогнозной среднегодовой температуры ММГП (tп ) от их начальной среднегодовой температуры (to) через 50 (1) и 110(2) лет от начала потепления климата с трендом 0, 06 о. С/год

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. Расчет температурного режима при захоронении в вертикальных скважинах, расположенных по сетке 6 х7 с горизонтальных выработках, расположенных на глубине шагом 20 метров. около 150 м длиной 165 м каждая с шагом 20 метров.

Результаты анализа теплофизических и термомеханических режимов при размещении ОЯТ в пункте глубинного захоронения в районе Би. АЭС Выводы: 1. Колебания температуры в северных районах влияют на характер сезонных протаиваний и промерзаний (изменение на 1 градус С на глубине нулевых колебаний 12 - 15 м). 2. Рабочий объем пункта окончательной изоляции сохранен от воздействия экзогенных геологических процессов. 3. Максимальный размер зоны таяния в месте размещения ОЯТ и тепловыделяющих ВАО (пик – 40 лет после загрузки): 15 м – в сторону свободной поверхности; 25 м – в глубину массива 4. Время существования зоны таяния в массиве пород – 80 лет 5. Сценарий, предложенный сотрудниками Института Глобального Климата и Экологии РАН (ИГКЭ), предполагает, что , в случае глобального потепления, на территории криолитозоны России к 2100 г. среднегодовая температура приземного слоя воздуха повысится на 4÷ 8ºC в зависимости от географического положения района 6. Размер зоны таяния с поверхности ( в случае глобального потепления) – не более 60 - 70 м 7. Мощность верхнего охранного целика (100 -160 м) достаточна для выполнения условия несмыкания ореола оттаивания в месте размещения ОЯТ и тепловыделяющих ВАО и слоя оттаивания с поверхности

Основные технико-экономические показатели (в зависимости от вариантов размещения ОЯТ и ТРО) Удельные стоимостные показатели варианта 1 поступления Показатель Вариант размещения Вариант II Удельная стоимость капитальных вложений на 1 м 3 РАО, тыс. руб. 218 Удельная стоимость изоляции 1 м 3 РАО, тыс. руб. 235 Удельная стоимость капитальных вложений на 1 ОТВС, тыс. руб. 3310 304 Удельная стоимость изоляции 1 ОТВС, тыс. руб. 4054 374 Удельные стоимостные показатели варианта 4 поступления – ОЯТ (для 96 ЧДХ в год) и сопутствующие ВАО) Показатель Тип могильника скважинный штольневой Удельная стоимость капитальных вложений на 1 ОТВС, тыс. руб. 3310 300 Удельная стоимость изоляции 1 ОТВС, тыс. руб. 4054 368 В текущих ценах IV квартала 2011 года.

Категорийность опытно-промышленного объекта по условиям надежности и безопасности Уровень ответственности зданий и сооружений, характеризуемый экономическими, социальными и экологическими последствиями отказа при эксплуатации Класс ОПО подземной изоляции ОЯТ и РАО по влиянию на безопасность - II (нормальный, ГОСТ Р 54257 -2010). - 3 (сооружения, содержащие радиоактив-ные вещества, выход которых в окружающую среду при отказах превышает значения, установленные в соответствии с нормами радиационной Категория по потенциальной радиационной опасности Категория сейсмостойкости сооружений ОПО безопасности (ОПБ-88/97). – III (радиационное воздействие при проектной аварии ограничивается территорией ОПО, ОСПОРБ-99/2010, п. 3. 1. 4) - II (сооружения сохраняют работоспособность после прохождения землетрясения, соответствующего проектному землетрясению (ПЗ) включительно, НП-031 -01)

Заключение 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 опытнопромышленного 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

В выполнении работ по госконтракту принимали участие: ØОАО «Инженерный центр ядерных контейнеров» ØОАО «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники» ( «НИКИЭТ им. Доллежаля» ) ØООО НПФ «Сосны» ØФедеральное государственное унитарное предприятие «Специальное научнопроизводственное объединение «Элерон» Ø «Анюйская горно-геологическая компания» ØФилиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Билибинская атомная станция» Основание для выполнения работы ØФедеральная 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» . ØГосударственный контракт № Д. 4 ш. 21. 25. 1192 (№ 110 -1411) от 04. 07. 2011 г. между ОАО «ВНИПИпромтехнологии» и ГК «Росатом» .

Спасибо за внимание!