Введение к работе
Актуальность темы исследования.
На сегодня только в России накоплено около 600 миллионов тонн жидких радиоактивных лходов и примерно 200 миллионов тони твёрдых радиоактивных отходов. Из этих 800 шллионов тонн примерно 4-5 миллионов тонн составляют высокоактивные отходы (ВАО), оторые представляют потенциальную угрозу безопасности населения.
ВАО, возникающие в результате переработки отработавшего ядерного топлива, и другие тходы со схожими характеристиками, являются отходами с высоким уровнем активности. Они тличаются высоким уровнем концентрации определенных радионуклидов, которые остаются іктивііьіми в течение периода времени, значительно превышающего продолжительность еловеческой жизни. Длительное время, потребовавшееся для разработки систем утилизации, юказало, что существуют определенные принципы и критерии безопасности, определяющие іачальпьіе стадии выбора площадки для проектирования системы утилизации п локализации.
Основной принцип, который определяет порядок проектирования хранилищ ВАО, аключается в том, что для будущих поколений не должно возникнуть неприемлемых непреодолимых) трудностей. С этой точки зрения ответственность за утилизацию и локализацию адиоактивных отходов ложится на общество, которое получило прямую выгоду от спользовакия технологий ядерного топливного цикла, в результате чего накопились отходы, їппект еиетемм vTM^HiiniHti-;inv«j»u3aiiTiM дод2к?н быть ризрабстан таки" образом, "тс5;л збежать экономических, административных и других проблем в период, когда контроль над ранилнщем будет снят.
Локализация предполагает изоляцию ВАО от окружающей среды, пока их активность, не осгнгнет безопасного уровня. Этот вариант отличается от других существенным образом, так ак он не зависит от организационного контроля для обеспечения долгосрочной безопасности, го отличительной особенностью является пассивная безопасность на основе концепции герживания распространения радионуклидов многочисленными барьерами.
Таким обрезом, разработка и применение метода оценки защитных функций барьеров
ерживания имеют высокую степень актуальности, так как барьеры предотвращают еыход уклидов из зоны хранения /захоронения в биосферу.
Основные технические мероприятия при конструировании хранилища заключаются в:
выборе геологической среды, которая является достаточно стабильной для локализации РАО
ыбор участка).
размещении оборудованных барьерных систем в стабильных геологических породах шженерные меры).
расчётной оценке, безопасности геологического захоронения (оценка безопасности).
Для оценки защитных функций барьеров необходимо учитывать основные формы РАО,
ойства защитных контейнеров и альтернативных материалов, которые используются дли
мобилизации высокоактивных отходов.
Таким образом, следовало оценить :
1. влияние процесса выщелачивания па матрицу РАО, коррозию контейнера и свойства
ферного материала;.
2. максимальную активность РАО, растворимость нуклидов, коэффициенты
спространения и распределения нуклидов ;
Затем следовало, адаптировав уравнения миграции нуклидоа к условиям компьюзерной
ограммы AMBER, решить эти уравнения, получив скорости выхода нуклидов из составляющих шенерной барьерной системы.. Общие вопросы и проблемы рассмотрены в таких работах, как: Nagra ( Швейцария ), SKB
веция), Ю, Н12, PNC (Япония ), AECL (1994) (Канада), ISAM ( МАГАТЭ), L. Н. JOHNSON и I). W. lOESMITH, G. G. WICKS D. Г. BICKFORD, J. R, GROVER, R. F. TAYLOR, J. Mc PIIILLLMY и N. R.
CEY, Ishihara, Y., Makino, If., Ohi, Т., Isbiguro, K., Miyahara, K., Umeki, H., Akasaka.
ель исследования. Оптимизировать систему инженерных барьеров (ИБ) и ее функции при іубинном захоронении ВАО на основе разработки математического модели системы хороиения и реализации модели с помощью программы АМБЕР. Определить модель анспортиревки нуклидов и проанализировать миграцию нуклидов из системы инженерных .рьеров. Определить вид наиболее потенциально опасных нуклидов. Оценить влияние на зопасяоеть системы срока службы защитного контейнера, осаждающих и сорбционных свойств
буферного материала; получить прогнозные результаты для обоснования оптимальной системы инженерных барьеров.
Задачи исследования:
Идентификация различных процессов, влияющих на выход, миграцию и превращения радионуклидов и определение, какие процессы являются наиболее важными;
Выбор соответствующих моделей, инструментов и данных, чтобы представить процессы и обоснование выбора моделей, инструментов и данных, например, с помощью более детальных исследований и экспериментальных данных.
Адаптация математических уравнений к программе АМБЕР.
Упрощение, типа исключения, нелинейных соотношений.
Идентификация альтернативных случаев вычислений;
В дополнение к основному сценарию, автором был рассмотрен ряд альтернативных случаев с целью понимания чувствительности к изменениям системы и к неопределённости в оценке.
Объектом исследования является миграция нуклидов в инженерной барьерной системе (ИБ-системе) геологического захоропения ВАО.
Предметом исследования являлось определение процессов миграции радионуклидов, сравнение совпадений уравнений этих процессов, возможности изменения этих уравнений с целью их использования в компьютерной программе АМБЕР.
Теоретической и методологической базой исследования являются системный подход к анализу безопасности глубинного захоронения. Автор развил систематическую методологию ISAM, базирующуюся на всестороннем списке особенностей, событий и процессов (FEPs), теорию распухания буферного материала (бентонита), учёл теорию облучения радионуклидов и их цепочек, трансформацию радионуклидов, методологию коррозии материалов, процесс фильтрация коллоидов, методологическое моделирования геологических процессов, процесс фильтрации органические вещества, методологию сорбции и осаждения материалов в растворе и теорию диффузии.
Научная новизна работы:
1. Впервые создана модель миграции нуклидов в условиях ближней зоны инженерной барьерной
системы (EBS) с использованием программы AMBER.
2. Выявлено, что наиболее значимыми радионуклидами для глубинного захоронения являются
растворённые ' 5Cs, 93mNb, чей суммарный выход из ИБ системы, как правило, не превышает 5%.
Выявлено, что наиболее значимыми факторами в ИБ-системе являются сорбция короткоживущих нуклидов 240Pu, 241Pu, 245Сга, 2 3Am, 239Ри, шСт и 241Аш и осаждение долго-живущих 23,Np, "Те, 79Se, "J7Pd, 233U, V, 235U, 236U, 2J8U и "6Ra.
В работе впервые создана полная модель системы захоронения с адаптированием этой модели для использования в одной компьютерной программе.
Автор работы выносит на защиту:
Обоснование модели миграции высокоактивных нуклидов в элементах инженерной барьерной системы глубинного захоронения.
Адаптирование математических уравнений к программе AMBER
Результаты расчётного исследования выхода радионуклидов из ИБ системы в окружающую среду.
Оценку результирующего вклада различных эффектов, таких как осаждение, собцни и наличие стабильных изотопов, влияющих на миграцию радионуклидов в бентоните, в приложении к каждому исследуемому нуклиду.
Обоснование альтернативных вариантов выполнения инженерной барьерной системы.
Моделирование альтернативных вариантов инженерной барьерной системы и расчёт скоростей выхода радионуклидов для условий альтернативных вариантов с последующим сравнением их с результатами, полученными для основного сценария.
7. Полную результирующую оценку безопасности глубинного захоронения ВАО.
Информационная; база формациокной базой исследования явились данные таких проектов как: JNFL (1992), Ш. Н32, PNC (Япония), Nagre (Швейцария), SKB ( ІИеєдкя), АЕСЦ1994) (Канада). ISAM (МАГАТЭ) и ряд других проектов, связанных с тематикой захоронения РАО.
Публикации, По теме диссертации написаны и сданы в публикацию 5 статей (4 в англоязычные
журналы) из которых опубликованы две статьи; одна статья опубликована в российском
журнале.
Структура и объем роботы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов,
заключения и списка литературы. Диссертация содержит 199 страниц машинописного текста, 102
рисунка и 42 таблицы.
