Eliminación de desechos de alto nivel en Rusia

Ya hablé sobre cómo lidian con el legado nuclear, es decir. problemas nucleares acumulados del siglo pasado en forma de, por ejemplo, submarinos nucleares , lagos con desechos radiactivos (RAW) , reactores industriales . Pero lo más peligroso desde el punto de vista de la radiación en los programas atómicos pacíficos y militares es el combustible nuclear irradiado (o gastado) (SNF), que se descarga de los reactores. Y durante su procesamiento se forman los RW más activos. Sobre su entierro esta publicación.


Esquema de un sitio de eliminación de desechos radiactivos de alto nivel en el territorio de Krasnoyarsk. Fuente

Fuentes y tipos de desechos radiactivos.

Además de la mayor parte del uranio sin reaccionar, por cada tonelada de combustible nuclear gastado hay hasta 10 kg de plutonio y hasta 20-30 kg de fragmentos de fisión, nuevos elementos radiactivos formados como resultado de la fisión de combustible nuclear. Esta compota nuclear no solo es extremadamente tóxica químicamente, sino que también es una fuente de radiación tan poderosa que puede matar a una persona en literalmente minutos. Además, el SNF en nuestro país, como en algunos otros, no se considera un desperdicio (aunque este no es siempre el caso), ya que Rusia ha adoptado una estrategia de transición gradual a un ciclo cerrado de combustible nuclear con reprocesamiento de SNF y la separación de uranio y plutonio de él para su posterior secundaria uso.

Sin embargo, el reprocesamiento del combustible nuclear gastado produce los desechos más altamente activos, que contienen tanto productos de fisión como elementos transuránicos de larga vida. Según la clasificación rusa, los RW se dividen en varias clases:


Clasificación RW. Fuente

Por lo tanto, el reprocesamiento del combustible nuclear gastado genera el más peligroso de ellos: primero (residuos de alto nivel con alta liberación de calor) y segunda clase (residuos de alto y medio nivel con bajo calor). El reprocesamiento de cada tonelada de SNF produce decenas de metros cúbicos de residuos líquidos altamente activos. Actualmente se procesan solo en Mayak PA por vitrificación. Ahora, alrededor de 7,000 m3 de tales residuos vitrificados se han acumulado allí en un almacenamiento temporal , en el que están contenidos más de 700 millones de Ci de actividad . Sobre la vitrificación de HLW en el faro, puede ver este informe:


Según la ley actual, todos los desechos radiactivos deben enviarse para su disposición final. Desde 2011, la creación de tales instalaciones de eliminación de RW (RWDF) ha sido una organización especial: el Operador Nacional de Gestión de RW. El primer sitio RWDF en Novouralsk ya se ha puesto en funcionamiento, se están construyendo varios sitios más cerca de los lugares de formación de RW y almacenamiento temporal (en Ozersk, Seversk, etc.). Pero todos estos PWWS están diseñados para RW de las clases 3 y 4: residuos de nivel medio y bajo. Es suficiente para ellos crear almacenamientos cerca de la superficie en los que los radionucleidos se pudrirán naturalmente en 400-500 años.

Encontrar un lugar seguro

¿Y qué hay del desperdicio de las clases 1 y 2, que se desintegrarán durante miles y millones de años? Para ellos, es necesario construir una instalación de almacenamiento que permita localizar los desechos en un lugar durante tanto tiempo. Pero las personas simplemente no tienen experiencia en construir nada diseñado para toda una vida. Incluso las pirámides egipcias tienen solo unos pocos miles de años.

Por lo tanto, el mundo adoptó un enfoque para encontrar algo confiable, que fue creado por un constructor e inventor mucho mejor: la naturaleza misma. Estamos hablando de formaciones geológicas subterráneas que duran millones de años. Es interesante que la naturaleza ya haya dado pistas a las personas de que tal método de eliminación de desechos radiactivos es, en principio, factible. Hace unos 2 mil millones de años, un conocido reactor nuclear "funcionó" en el depósito de uranio de Oklo en Gabón, en África. La reacción en cadena natural condujo a la formación del mismo tipo de desecho radiactivo que en los reactores nucleares artificiales. Los estudios han demostrado que la mayoría de los productos de fisión, así como el plutonio, no se han movido más de 1,8 m de donde se formaron hace 2 mil millones de años.

Pero antes de organizar este tipo de almacenamiento artificial, es necesario estudiar los supuestos lugares de su ubicación y asegurarse de que sean adecuados para esto. Para hacer esto, primero, en el sitio del futuro PZRO profundo (PZZRO), o independientemente de él, construya un laboratorio de investigación subterráneo (PIL). Hay alrededor de tres docenas de laboratorios de este tipo en el mundo, y algunos ya funcionan como sitios de enterramiento geológico profundo , por ejemplo, una instalación piloto para el aislamiento de residuos radioactivos de transuranio WIPP en los EE. UU. (Formaciones de sal a una profundidad de 650 m) y un sitio de eliminación de corta duración para NW y NAO de corta duración en Hungría, construido en Una profundidad de 250 m en rocas de granito. Sin embargo, solo hubo 4 estructuras de este tipo para la eliminación posterior de desechos altamente activos en 2015:


Estado de la construcción de laboratorios en profundidad y sitios de eliminación de desechos de alto nivel para 2015. Fuente .


Esquema de la instalación de almacenamiento subterráneo Onkalo SNF en Finlandia: una de las primeras y más avanzadas instalaciones de almacenamiento de este tipo. Puedes leer más sobre esto en una publicación en tnenergy

En Rusia, actualmente no hay PPWD para residuos peligrosos, pero el trabajo en su creación ha estado en curso durante mucho tiempo. Y ahora la construcción de un laboratorio subterráneo ya ha comenzado. Comenzaron a elegir un lugar para ella desde principios de la década de 1990. Al igual que con otros tipos de desechos radiactivos, se buscaron ubicaciones adecuadas para los puntos de aislamiento finales cerca de las instalaciones de generación de desechos para reducir las operaciones de transporte. Dado que el desperdicio de la primera y segunda clase se generó principalmente durante el reprocesamiento del combustible nuclear gastado, es decir, en las cosechadoras Mayak PA, FSUE GKhK y SChK JSC (donde operaban reactores industriales ), se consideraron los sitios cercanos a ellos. Se encontró un lugar adecuado cerca de la Combinación de Minería y Química en el macizo de roca Nizhnekansky (NKM), a 6 km de la ciudad de Zheleznogorsk y a 4.5 km del río Yeniséi. No fue de poca importancia el hecho de la operación a largo plazo de la minería subterránea y la planta química. Pero es aún más importante que la instalación de almacenamiento VVER-1000 SNF ya se haya creado en el MCC, y en el futuro planean construir una planta RT-2 a gran escala para el reprocesamiento de este SNF , de modo que en el futuro el PHZRO esté justo al lado del sitio de formación de RW altamente activo.


Sitio para un laboratorio de investigación subterráneo en el macizo de Nizhnekansky.

En 2008-2011, para justificar la construcción de SIP, se perforaron pozos de exploración a una profundidad de 700 metros. La posibilidad de colocar un punto, en primer lugar, depende de las condiciones geológicas. El ambiente debe ser de baja permeabilidad: puede ser arcilla, sal, formaciones rocosas no porosas. En Finlandia y Suecia, por ejemplo, se colocaron PZRO similares en rocas, en Francia, en arcillas. En el NMC, el entorno geológico es la roca gneis, de más de 2.500 millones de años en forma de una masa sólida de un kilómetro y medio de tamaño.

Laboratorio de investigación subterráneo
El laboratorio de investigación subterráneo será una red de estructuras subterráneas a una profundidad de 450-550 metros e incluirá:

• tres ejes verticales (tecnológicos para el lanzamiento de desechos radiactivos, y en la etapa de construcción - para elevar rocas, auxiliares - para bajar trabajadores, el tercero - ventilación), dos de los cuales tendrán un diámetro de 6 y 6.5 metros;
• trabajos horizontales que delinean el área de la futura colocación de estructuras subterráneas del PHZRO para la eliminación de residuos radiactivos en un horizonte de 450 m;
• trabajos de investigación de laboratorios NKM a profundidades de 450 y 525 metros;
• Además, en un horizonte de 450 metros, se está creando una excavación transversal para estudiar la masa rocosa dentro del área de la futura colocación de estructuras subterráneas del PHZRO.

Esquema SIP

Está previsto que RAO 1st class se elimine en pozos verticales de 75 metros de profundidad, en botes de paredes gruesas, con una poderosa barrera de bentonita. RW de la segunda clase: en pilas de contenedores en trabajos subterráneos horizontales. Sin embargo, la carga de RW comenzará no antes de 10 años.

Antes de esto, es necesario construir un SIL y llevar a cabo estudios paso a paso en 150 direcciones; también se trata de estudios adicionales sobre la idoneidad de las rocas para el entierro profundo seguro de residuos radiactivos de larga vida, el estudio de las propiedades de un sistema de barreras de ingeniería creado por el hombre, el desarrollo de esquemas tecnológicos y de transporte para la construcción y operación de un objeto. Parte del trabajo irá en paralelo con la construcción de SIP. La investigación será supervisada por el Instituto para el Desarrollo Seguro de la Energía Nuclear RAS.


Vista del sitio de construcción de PIL en 2019. Fuente

Los trabajos de construcción comenzaron en las instalaciones en 2018. Ahora se llevan a cabo en la superficie, se está nivelando el sitio, se están construyendo instalaciones en tierra y se están preparando las operaciones mineras. Las operaciones de perforación comenzarán el próximo año, después de lo cual se completará la construcción de un complejo energético con una capacidad de 40 MW. Se requerirán aproximadamente 4 MW para cada troncal durante el hundimiento, por lo que las capacidades estarán en reserva. Con el inicio de la perforación, comenzará la investigación.

Además del PIL, se está creando un Centro de Demostración e Investigación (DIC) con base en tierra. Se capacitará para trabajar con equipos para la gestión de residuos radiactivos, con sus envases y contenedores de transporte, con sistemas de control, y trabajará con el público y los expertos. Es decir Será una especie de oficina PIL en tierra.

Planean completar la creación de SIP en 2026. Luego continuaré investigando durante al menos 5 años, pero los planes pueden avanzar, como el objeto es único y no se puede planificar todo por adelantado, y la responsabilidad es enorme. La práctica extranjera es tal que la investigación en dichas instalaciones lleva al menos 10-20 años. La ventaja es que podemos usar parcialmente la experiencia de otra persona.

Después de llevar a cabo toda la investigación, en algún lugar de la década de 2030, comenzará la construcción por fases del sitio de entierro real y luego su operación. Por supuesto, solo si los estudios confirman que el lugar es adecuado para la eliminación de residuos radiactivos de primera y segunda clase. Si no es así, se puede rediseñar para el almacenamiento de residuos menos longevos.

Precio de emisión

Como la mayoría de los programas de patrimonio atómico, el trabajo en la creación de SIP y PPLW se lleva a cabo en el marco del programa objetivo federal " Garantizar la seguridad nuclear y radiológica para 2016-2020 y para el período hasta 2030" (FTP YARB-2) . El presupuesto del proyecto para la creación de SIL es de 24 mil millones de rublos . De acuerdo con la ley federal "Sobre RW Management ..." de 2011, los desechos se dividen en propiedad federal (lo que se ha acumulado antes de 2011) y la propiedad de los productores de RW. En el futuro, los propietarios de residuos los entregarán para su eliminación de forma paga, mientras que las tarifas actuales son de aproximadamente 1,4 millones de rublos por 1 m3 de residuos radiactivos de clase 1 y alrededor de 600 mil rublos. por 1 m3 de residuos radiactivos de segunda clase.

Fuentes usadas y enlaces útiles sobre el tema:

1. Entrevista con el director científico de FSUE "NO RAO" Viktor Krasilnikov
2. El artículo "Ir más profundo", la revista Atomic expert.
3. Tecnologías de aislamiento final de RW: experiencia y tendencias europeas
4. Revisión de prácticas extranjeras para la eliminación de SNF y RW
5. Laboratorio de Investigación Subterránea. Informe Bellona, ​​2018.
6. "El concepto de crear un laboratorio de investigación subterráneo para el sitio de aislamiento final de desechos radiactivos altamente activos en el territorio de Krasnoyarsk". Informe de Yu.D. Polyakova, Director de FSUE "NO RAO"
7. Y también recomiendo el documental “Refugio para el átomo. Laboratorios de investigación subterráneos del mundo ":