Введение к работе
Актуальность работы. Запасы углеводородных энергетических ресурсов в мире по различным оценкам закончатся в ближайшие 50-60 лет, а одним из сдерживающих факторов более интенсивного развития атомной энергетики являются трудности в организации работ по долговременному безопасному хранению отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Кроме этого образуется огромное количество низкорадиоактивных (НАО) и среднерадиоактивных (САО) отходов в других отраслях промышленности. Накопление больших количеств радиоактивных отходов (РАО) непосредственно в зоне обитания человека увеличивает возможность неконтролируемого распространения радиоактивных веществ. Поэтому, основными задачами технической политики при обращении с РАО, согласно «Концепции Минатома России по обращению с радиоактивными отходами на период до 2025 года», который может быть обозначен как переходный период, являются проведение работ по переводу в безопасное состояние накопленных, а также вновь образующихся РАО, их хранение с обеспечением возможностей последующего захоронения с учетом международных принципов, технических норм и правил безопасности.
В связи с этим, вопросы сооружения хранилищ и могильников с высокой экологической надежностью, обеспечивающей безопасность в сфере жизнедеятельности и исключающих попадание выделений из техногенного массива в окружающую среду, являются в настоящее время весьма актуальными в проблеме обращения с радиоактивными отходами.
Целью работы является установление закономерностей сохранения специально создаваемыми инженерными барьерами изоляционных свойств на период проведения регулирующего контроля за состоянием НАО и САО.
Основная идея работы: использование инженерных барьеров из компонентных смесей на основе бентонитовой глины для обеспечения принципа многобарьерной защиты для ограничения распространения РАО.
Анализ современного состояния проблемы захоронения РАО свидетельствует, что основные защитные свойства отводятся геологическим факторам. Захоронение РАО со средней и низкой степенью активности и непродолжительным периодом полураспада осуществляется по технологии одинаковой с сооружением могильников высокорадиоактиных отходов (ВАО). Защитные свойства инженерных барьеров из различных материалов изучены недостаточно, что позволяет сформулировать основные задачи исследований:
Изучение особенностей формирования долговременных хранилищ и могильников РАО различной степени активности и оценка их экологической безопасности.
Определение фильтрационных способностей бентонитовой глины и бентонит-кварцевых смесей различного весового соотношения.
Установление основных закономерностей изменения проницаемости бентонитовой глины и кварцевых смесей на ее основе в зависимости от содержания кварца и градиента напора.
Обоснование возможности применения инженерных барьеров из бентонит-кварцевых смесей в качестве основного защитного экрана хранилищ НАО и САО.
Установление расчетных показателей мощности инженерных барьеров из бентонит-кварцевых смесей в зависимости от срока безопасной эксплуатации хранилищ РАО.
Разработка технологических схем приповерхностного захоронения САО и НАО и систем комплексного мониторинга окружающей среды.
Методы исследований, достоверность и обоснованность полученных результатов. В работе использованы: анализ опыта возведения долговременных хранилищ и могильников РАО в России и за рубежом; анализ строения могильников и долговременных хранилищ РАО различных типов; классификация РАО по их удельной активности; комплексный подход к решению поставленных задач на основе анализа научной и патентной литературы; лабораторные, фильтрационные испытания бентонита и бентонит-кварцевых смесей различного содержания; теория вероятностей и математической статистики для обработки результатов исследований; теория фильтрации жидких сред и растворов.
Защищаемые положения, разработанные автором:
1) Закономерность изменения коэффициента фильтрации от соотношения
компонентов бентонит-кварцевой смеси.
2) Определение расчетных значений коэффициента фильтрации для
инженерных барьеров из бентонит-кварцевых смесей (Б:К = 1:0,3 и Б:К = 1:0,5),
используемых для хранилищ НАО и САО.
3) Зависимость мощности инженерного барьера из бентонит-кварцевой смеси
(Б:К = 1:0,5) от коэффициента фильтрации, и определение расчетной мощности,
позволяющей с достаточной степенью надежности изолировать НАО и САО в
приповерхностном хранилище от воздействия на население и окружающую среду в
течение 300-500 лет и более, что соответствует периоду распада нуклидов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается:
результатами и представительным объемом лабораторных исследований;
высокими показателями статистических связей, подтверждающих взаимосвязь параметров и т.д.;
сопоставимостью экспериментальных результатов с расчетными.
Научная новизна работы заключается:
в определении впервые зависимости соотношения проницаемости бентонитовой глины от добавок в нее кварцевого песка;
в установлении зависимости геометрических параметров инженерных барьеров от коэффициента фильтрации бентонит-кварцевой смеси, обеспечивающих надежную изоляцию НАО и САО на период, превышающий период распада радиоактивных нуклидов.
Научное значение работы заключается в установлении зависимостей проницаемости бентонит-кварцевых смесей от содержания в них кварца и в обосновании возможности использования инженерных барьеров в качестве основных защитных сооружений, а также установлении их мощности для хранилищ РАО низкой и средней степеней активности.
Практическое значение работы заключается в установлении расчетных показателей толщины защитных инженерных барьеров из бентонит-кварцевых смесей на основании полученных значений коэффициента фильтрации; в разработке
экологически безопасных схем приповерхностного и скважинного захоронения отходов средней и низкой радиоактивности; в разработке схем комплексного мониторинга этих нестационарных природно-технических систем.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научной конференции «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых в начале XXI века» (2002, Москва, РГГРУ), научной конференции «Молодые наукам о Земле» (2002, Москва, РГГРУ), VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (2003, Москва, РГГРУ), Международных выставках-форумах WASMA «Управление отходами» (2004, 2005, Москва, КВЦ «Сокольники»), Международной научно-практической конференции «Техника разведки и разработки» (2004, Москва, РГГРУ), IX международной экологической конференции студентов и молодых ученых (2005, Москва, МГГУ) 4-м съезде гидромеханизаторов России (2006, Москва, МГГУ), научном симпозиуме «Неделя горняка - 2007» (2007, Москва, МГГУ), семинарах кафедры РМЦРиРМ РГГРУ.
