Контейнер для "ядерного джинна"

В.Отрощенко,

"2000" (16-22.12.2005),

16.12.05

Состояние окружающей среды в Украине ныне критическое.

Проблема утилизации радиоактивных отходов (РАО) и отработанного ядерного топлива (ОЯТ) волнует человечество с 1956 г. Сперва с ними поступали просто: твердые РАО закапывали в землю без должной изоляции и дезактивации, а жидкие сливали в реки, озера и моря. Кроме того, были еще десятки тысяч тонн отравляющих веществ (ОВ), оставшихся в арсеналах после двух мировых и одной "холодной войны" и затопленных в морях и океанах.

Куда девать отходы мирного атома?

Состояние окружающей среды в Украине ныне критическое. Вероятность техногенных катастроф с каждым годом возрастает, их негативные последствия могут иметь глобальный характер для всей Восточной Европы.

На территории Украины расположено около 8000 предприятий, использующих радиоактивные вещества (РВ), радиоизотопные приборы (РТП) и источники ионизирующего излучения (ИИИ) (на 5500 предприятиях образуются РАО), с хранением и утилизацией которых возникают серьезные проблемы.

Вследствие Чернобыльской катастрофы появилось огромное количество специфических РАО, что поставило нашу страну перед столь острыми проблемами, по сравнению с которыми вопросы обращения с обычными радиоактивными отходами отошли на второй план.

Использование оригинальных контейнеров для РАО и ОЯТ актуально в связи с проведением тендера "Энергоатомом" на строительство нового хранилища для трех украинских АЭС при участии фирмы Holtec Int и ее местного конкурента — "Укратомэнергобуд". США даже предложили свои лицензии "Атомэнергомашу" для выпуска контейнеров под ОЯТ. Однако зачем нам их разработки, если есть украинские — экономные и эффективные.

Крайне сложная экологическая обстановка сложилась в Днепропетровской области, где добывали урановую руду и сосредоточена металлургическая, химическая промышленность и ВПК. В области накоплены тысячи тонн неиспользованных пестицидов, гербицидов, ядохимикатов, которые десятилетиями хранятся на разрушенных складах и открытых площадках, представляя непосредственную угрозу окружающей среде.

Крупнейшие в Европе ВостГОК (добыча и переработка руд урана) и ПО "Приднепровский химзавод" (в системе "Барьер" и в хранилище "Днепровском") скопили огромное количество отвалов пустых пород и жидких отходов в хвостохранилищах: на ВостГОКе — около 40 млн. куб. м, на ПХЗ — около 30 млн. куб. м. Причем наличие в этих отходах радия-226, тория-230 и остатков урана с долгоживущими изотопами крайне опасно для природы и человека.

Очень опасны и хлорорганические соединения, страшнейший канцероген бензпирен, различные формальдегиды, отходы аммиачного производства — это отходы с нескольких местных КХЗ, ДПО "Азот", Павлоградского химзавода, Вольногорского ГМК.

Всего же, по оценкам известного эколога Александра Андреевича Пивоварова, профессора Национального химико-технологического университета, на берегах Днепра в пределах области захоронено свыше 12 млн. т разных РАО и промышленных ядов. Особенно много их в районах городов Днепродзержинск, Желтые Воды, Вольногорск, Павлоград, Кривой Рог. Из системы "Барьер", что в 20 км от Днепропетровска, регулярно происходит утечка жидких радиоактивных отходов в подпочвенные воды или в колодцы местных жителей. Денег туда ушло много, но "грязная бомба" из РАО все еще в активном состоянии! Применение в данном случае СКАРМ-оболочки может существенно повысить безопасность и долговечность хранения РАО, а также ИИ.

Ферросплавные отходы для РАО-контейнеров

Днепропетровская производственно-коммерческая фирма "Пифагор" совместно со специалистами Никопольского завода ферросплавов предложила изготавливать рабочую емкость контейнера (находящуюся в длительном непосредственном контакте с химически активными, ядовитыми или радиоактивными веществами) в виде монолитной оболочки (капсулы) из армированного стеклокристаллического материала (СКАРМ), сырьем для которого являются огненно-жидкие шлаки ферросплавного производства. При оптимальном армировании (5—7% общего веса) и определенной технологии получаются предварительно напряженные монолитные оболочки, прочность которых в 8—10 раз превышает прочность изделий из наиболее часто употребляемого бетона. Это важнейшее свойство шлакопламенного литья впервые целенаправленно используется в конструкции контейнера.

Но в процессе производства на НЗФ образуется до 100 тыс. т шлаков в год, которые надо каким-то образом утилизировать или перерабатывать в другие полезные изделия. Их отвалы негативно влияют на экологическую ситуацию в Никополе и районе (просачивание вредных веществ в воды Каховского моря).

Новейшая СКАРМ-капсула из шлаков ферросплавного производства обеспечивает абсолютную герметичность; высокую степень устойчивости к воздействию химически агрессивных сред; хорошие показатели поглощения радиоактивного излучения; высокую прочность; теоретически бессрочное захоронение вредных веществ вследствие отсутствия коррозии и эрозии самого материала; относительно низкую себестоимость при серийном производстве вследствие дешевизны сырья, поступающего для литья СКАРМ-оболочки. Выполненные авторами проекта расчеты свидетельствуют о том, что СКАРМ-оболочка типа 02-600 в виде эллипсоида вращения с толщиной стенки 75—80 мм выдерживает гидростатическое давление, эквивалентное погружению в воду на глубину до 3 тыс. м. Такая форма напоминает птичье яйцо, которое, имея известковый материал скорлупы, хрупкий и непрочный, благодаря своей форме обладает достаточной жесткостью и прочностью.

Понятно, что для безопасного и экономного решения проблемы утилизации и захоронения РАО требуется большое количество контейнеров универсального типа. Многообразие этих специальных средств определяется различным функциональным их назначением, наличием широкого спектра радиоактивных отходов, условиями сбора, транспортировки, хранения, переработки и захоронения РАО.

СКАРМ-контейнер по химическому и минералогическому способу образования, кристаллической структуре можно сравнить с базальтовыми породами, которые сохраняют свои свойства миллионы лет.

Расчетные прочностные и эксплуатационные характеристики СКАРМ-капсулы позволяют без особых технических трудностей производить сверхглубокое (до 1000—2000 м) захоронение токсичных и радиоактивных отходов в местах выработанных карьеров, скважин, шахтных стволов на срок не менее 500—700 лет. Так решается задача обеспечения пассивной безопасности захоронения от разрушения вследствие стихийных бедствий. Отходы должны находиться только в капсулах, герметизация их крышек обеспечивается специальным клеем и прочным механическим креплением к корпусу капсулы на месте сбора отходов. Металлокорпус рассчитан на многоразовое использование (не менее 10 раз).

Для перевозки такого контейнера можно использовать обычный транспорт, что существенно снижает затраты на транспортировку. Наличие в капсуле специального защитного слоя из шлака, идентичного по химическому составу и кристаллической структуре СКАРМ-оболочке, обеспечивает дополнительную радиационную защиту и предотвращает вторичное рентгеновское излучение металла корпуса контейнера при длительном хранении (выдержке) в нем радиоактивных отходов. Ноу-хау проекта — форма, конструкция и технология изготовления СКАРМ-оболочек с внешним или внутренним армированием.

Контейнер для РАО должен обеспечивать максимальную экологическую безопасность в любых аварийных ситуациях при его эксплуатации — падении при погрузке, ударах, столкновении транспортных средств, взрывах, пожарах и т. д. Исходя из этого, ПКФ "Пифагор" предложила базовую конструкцию транспортного контейнера, суть которой заключается в том, что "яйцо" с вредными отходами размещается внутри тонкостенного металлического корпуса, а свободное пространство между ним и капсулой заполняется сыпучим защитным материалом. Конструкция в целом образует вокруг рабочей емкости эдакую подушку безопасности. Важное преимущество СКАРМ-контейнера нового типа — его стойкость к воздействию высоких температур (пожар при аварии транспорта, терактах, техногенных катастрофах и т. д.), которая основана на почти нулевой теплопроводности нового материала.

Как сделать и где применить "яйцо для РАО"

Фирма "Пифагор" разработала проект, и в июле—августе 2004 г. на НЗФ поставлены два металлических корпуса опытных образцов контейнера типа СКАРМ 01-1200, для которых была подготовлена оснастка и произведена футеровка (внутреннее покрытие любого полого изделия — печи, контейнера, вазы и т. п. — Авт.) с использованием огненно-жидких шлаков силикомарганца.

Технические решения, положенные в основу конструкции, защищены патентом Украины №50285 "Контейнер для хранения и\или транспортирования экологически опасных веществ и РАО низкой и средней активности". Также на это изделие выдан декларационный патент Украины №70083А "Способ футеровки пустотелого металлического изделия". Авторы новой СКАРМ-технологии, которая может устранить проблему с РАО в Украине, — Алексей Яловой (к. т. н., руководитель проекта), Александр Тимофеев (директор ПКФ "Пифагор"), Владимир Синяговский (коммерческий директор ПКФ "Пифагор"). К сожалению, Яловой умер летом 2005 г.

Уникальные физические свойства огненно-жидких шлаков силикомарганца, наличие технологии литья деталей различных геометрических форм, возможность их обработки позволяют решать задачи в области строительства различных типов хранилищ для захоронения токсических отходов и РАО.Опираясь на высокие показатели химической стойкости шлако-пламенного литья, прочности и долговечности изделий, специалисты ПКФ "Пифагор" и НЗФ планируют широко использовать его как защитное облицовочное покрытие при реконструкции и строительстве новых хвостохранилищ, защитных плотин, дамб, шлаконакопителей, отстойников жидких отходов, площадок полигонов, для хранилищ и переработки твердых и жидких РАО и т. д.

Для проведения аварийно-восстановительных работ на существующих хвостохранилищах РАО и ИИ, защитных дамбах "пифагоровцами" разработан проект СКАРМ-плиточного покрытия кольчужного типа (когда плиты шестигранной формы соединяются при монтаже шарнирным замком, который в свою очередь прочно фиксируется на грунте). Производственные мощности цеха шлакового литья НЗФ позволяют освоить серийное производство СКАРМ-плиточного покрытия общей площадью до 50 тыс. кв. м в год.

Сейчас на мощностях украинских заводов (НЗФ, ЮМЗ, ЗФЗ и др.) технически возможно изготовить СКАРМ-капсулу яйцевидной или сферической формы с рабочим объемом от 1,0 до 11,5 куб. м. Оригинальные технические решения применимы и для временных хранилищ (накопителей) токсичных отходов на действующих предприятиях, использующих в своей технологии гальваническое, травильное и электролизное оборудование.

Материалы НИОКР и реально апробированных технологий обосновывают и доказывают эффективность применения СКАРМ-капсул на всех технологических стадиях обращения с РАО. После сбора и заполнения "яйцо" герметизируется и легко дезактивируется растворами кислот и щелочей. Толстая армированная шлаколитая оболочка надежно защищает от радиоактивного излучения и исключает проникновение радионуклидов в окружающую среду.

Транспортный контейнер многоразового использования нового типа обеспечивает безопасность при перевозке радиоактивных отходов. Высокая механическая прочность капсулы позволяет использовать ее в хранилищах как поверхностного и приповерхностного типа, так и при захоронении РАО в стабильных геологических формациях на глубинах более 300 м. СКАРМ-капсула — еще один эффективный барьер изоляции РАО. Таким способом будет устранена возможность миграции радионуклидов в районе хранилища.