Seen mit radioaktiven Abfällen in Russland und die Erfahrung ihrer Beseitigung

Ich werde das Thema radioaktiver Stoffe, die sich in unserem Land angesammelt haben, in einem Artikel fortsetzen , der vor einem Monat geschrieben wurde. Im Gegensatz zu DUHF handelt es sich jetzt um echte radioaktive Abfälle, deren Status von niemandem bestritten wird. Anfang des Jahres schrieb ich bereits über die Entsorgung sowjetischer Atom-U-Boote in Primorje . Dieses nukleare Erbe wurde in den letzten Jahrzehnten von der ganzen Welt beseitigt. Zusätzlich zu den Problemen der Atomflotte haben sich während des Kalten Krieges viele Probleme im tiefen Hinterland angesammelt - in Fabriken zur Herstellung von waffenfähigem Kernmaterial im Ural und in Sibirien. In diesem Artikel werde ich versuchen, über eines der wichtigsten und im wahrsten Sinne des Wortes größten Probleme des nuklearen Erbes der UdSSR zu sprechen - die Reservoire radioaktiver Abfälle.


Karachay Lake und die Mayak Production Association

In den Nuklearprojekten der UdSSR und der USA bestand die Praxis der Entsorgung radioaktiver Abfälle lange Zeit in der Schaffung von Zwischenlagern für radioaktive Abfälle am Ort ihrer Gründung - in der Nähe von Verteidigungsunternehmen und in Anlagen für den Kernbrennstoffkreislauf. Über 70 Jahre haben sich in Russland über 500 Millionen m ³ radioaktiver Abfälle auf dem Territorium Russlands angesammelt (die Regionen ihres Standorts können auf der Website des Nationalen Betreibers für die Entsorgung radioaktiver Abfälle eingesehen werden).

Die meisten von ihnen sind flüssige Abfälle, die in offenen Lagerstätten in der Nähe der Anlagen konzentriert sind, die an der Herstellung und Herstellung von waffenfähigem Plutonium beteiligt sind. In Russland gibt es drei solcher Werke: den Produktionsverband Mayak (Ozersk, Region Tscheljabinsk), den SCC (Seversk, Region Tomsk) und den staatlichen Chemiekomplex (Schelznogorsk, Gebiet Krasnojarsk). Bei der Sicherstellung des nuklearen Schutzschilds des Landes hatte die Frage der endgültigen Isolierung der erzeugten RW keine hohe Priorität. In den neunziger Jahren befanden sich viele Einrichtungen in einem äußerst gefährlichen Zustand, und die weitere Verschiebung von Problemen drohte mit schwerwiegenden Folgen und sogar Katastrophen.


Verteilung der akkumulierten LRW-Volumina in Lagerstätten bei PA Mayak, SCK und MCC. ( Quelle )

Fast 99% der LRW-Volumina konzentrieren sich auf Mayak PA in der Region Tscheljabinsk. Die wichtigste ist die Techen-Kaskade von Gewässern. Die Beschreibung und die damit verbundenen Probleme sind eines gesonderten Artikels würdig, und jetzt werde ich mich auf andere, kleinere, aber viel gefährlichere Objekte konzentrieren, die in Bezug auf die akkumulierte Aktivität führen - zunächst der Karachay-See und der alte Sumpf im Mayak Production Center und B. -1, B-2 und B-25 in der sibirischen Chemiefabrik in Seversk.

PA Mayak

Der größte Industriestandort des Atomkomplexes der UdSSR ist die Mayak Production Association (Mayak Production Association, ehemals Werk Nr. 817, „Forty“) in der Stadt Ozersk (ehemals Tscheljabinsk-40) in der Region Tscheljabinsk. Die Mayak Production Association wurde als Erstgeborener der Atomindustrie (seit 1949 tätig) und wurde gleichzeitig zum komplexesten Fragment des nuklearen Erbes, das mit der Anfangsphase der Herstellung von Atomwaffen voller Eile, mangelndem Wissen und mangelnder Ressourcen verbunden war.

Die Chemiefabrik umfasste mehrere Reaktoren zur Herstellung von waffenfähigem Plutonium aus natürlichem Uran, eine radiochemische Produktion zur Trennung von Plutonium-239 aus bestrahltem Brennstoff sowie eine chemische und metallurgische Abteilung zur Herstellung von metallischem Plutonium.

Da die UdSSR im Atomwettlauf die USA einholte, wurden viele Lösungen kopiert. In Analogie zur amerikanischen Plutoniumanlage ging das Mayak-Projekt zunächst davon aus, dass flüssige radioaktive Abfälle mittlerer und niedriger Aktivität (LRW) einfach in den Techa-Fluss übergehen würden. Zwar war der Fluss im Ural nicht so voll fließend wie der Columbia River im Hanford-Werk in den USA, und von 1948 bis 1951 war die Techa so verschmutzt, dass beschlossen wurde, die Einleitungen in den Ural zu stoppen. Danach natürliche und künstliche Stauseen - See. Kyzyltash (V-2), See Tatysh (V-6), Stauseen V-9 (Karatschai), V-17 (Alter Sumpf).


Die Anordnung der Stauseen rund um das Industriestandort PA Mayak. B-9 - See Karachay. ( Quelle )

Ein ähnliches, aber viel weniger großformatiges Bild nahm in anderen Werken zur Herstellung von waffenfähigem Plutonium Gestalt an. So sind offene Gewässer zu den Hauptspeichern radioaktiver Abfälle geworden - sowohl in Bezug auf Aktivität als auch auf Volumen. Sie trugen jedoch eine große Bedrohung, weil Sie sind im Freien, es besteht die Gefahr von Überschwemmungen, Austrocknung, Leckagen und der Entfernung von Aktivitäten aus dem Wasser und den Küsten während Hurrikanen oder Tornados (etwas Ähnliches geschah 1967 auf Karatschai, was etwas geringer ist). Es war genau das Bringen solcher Stauseen in eine sichere oder zumindest stabile Position, vor allem als beschlossen wurde, das nukleare Erbe der UdSSR umfassend zu beseitigen.

Karachay (akkumulierte Aktivität - 120 Millionen Ci, Volumen 0,3 Millionen m ³ )

Das V-9-Reservoir, das 1951 an der Stelle des ehemaligen Karachay-Sumpfes ohne Abfluss am Industriestandort Mayaka angelegt wurde, ist ein Oberflächen-Flüssigkeitslager, das in seiner akkumulierten Aktivität einzigartig ist. Insgesamt wurden während des Betriebs mehr als 500 Millionen Ki Aktivität in das Unternehmen eingeleitet, was um ein Vielfaches höher ist als die Emissionen aus dem Unfall von Tschernobyl. Unter Berücksichtigung des Zerfalls wurden bis 1985 im Karatschai-See etwa 120 Millionen Ci Aktivität angesammelt. Mit der Inbetriebnahme infolge von Abflüssen nahmen der Wasserstand des V-9-Reservoirs und die Wasseroberfläche ständig zu. Im Mai 1962 betrug die Wasserfläche 51 ha. Die Dosisleistung an der Küste des Reservoirs betrug 50 mR / h.


Vergleich von Abfallmengen und akkumulierter Aktivität in Stauseen der Mayak Production Association. Karatschai (B-9) mit einem Mindestvolumen konzentrierte die Hauptaktivität des Abfalls. ( Quelle )

Im trockenen Frühjahr 1967 wurden die Ufer des Stausees freigelegt, und der Wind brachte radioaktiven Staub von ihnen außerhalb des Industriestandorts. Das Verschmutzungsgebiet betrug etwa zweitausend Quadratkilometer. Diese Verschmutzung (Karachaevsky-Spur) wurde zu der Ost-Ural-Spur der Verschmutzung hinzugefügt, die durch den Unfall fast 10 Jahre zuvor entstanden war - als Folge des Unfalls von 1957 (ich habe auch die Folgen für die Bevölkerung untersucht, während ich an einem Diplom gearbeitet und in der Uralabteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften gearbeitet habe). . Der naturtechnogene Unfall von 1967 führte nicht zu schwerwiegenden Strahlenfolgen für Bevölkerung und Umwelt, zeigte jedoch die potenzielle Gefahr, dass solche Situationen unter abnormalen meteorologischen Bedingungen erneut auftreten.


Ein indikatives Muster für die Ausbreitung der radioaktiven Kontamination des Bodens infolge der Aktivitäten von Mayak. Quelle

Liquidation des Karatschai-Sees

Nach dem Vorfall von 1967 beschloss die Regierung der UdSSR, das Karatschai-Reservoir zu liquidieren und Maßnahmen zu ergreifen, um das Wiederauftreten solcher Fälle zu verhindern. In den Jahren 1967-1971 wurden Arbeiten durchgeführt, um zuvor überflutete Gebiete wieder aufzufüllen, seichtes Wasser wieder aufzufüllen und die Gebiete um den Stausee zurückzugewinnen. Bis Mitte der 70er Jahre wurden die Folgen des Notfalls von 1967 weiter beseitigt, die Ufer angeordnet und experimentelle Arbeiten durchgeführt, um den Wasserbereich zu füllen.


Allmähliche Liquidation des offenen Wassergebiets des Karatschai-Sees.

Mitte der 1980er Jahre wurde schließlich die Technologie zum Füllen des Reservoirs mit felsigem Boden unter Verwendung spezieller Strukturen erarbeitet - hohle Betonblöcke, mit denen Bodensedimente und die aktivsten Schlämme lokalisiert werden können, ohne sie an der Oberfläche zu wölben.


Die Verfüllungstechnologie für den See umfasste entwickelte Verfahren zur Installation von hohlen Betonblöcken und zum Verfüllen mit felsigem Boden.


"Puff Pie", der Karachay bedeckte.

Mehr als 200.000 m ³ hochaktiver technogener Schlamm und Lehm sind im Karatschai-Reservoir lokalisiert und isoliert, dessen Gesamtaktivität Mitte der 1980er Jahre 120 Millionen Ci erreichte, was mindestens dem Zweifachen der Emission des Unfalls von Tschernobyl entspricht.


Ansicht der Mayak Production Association, vorläufig 1990. Unten links - See Karatschai mit teilweise überdachter Wasserfläche. Oben links - See Kyzyltash.

In der Zeit von 1988 bis 1990 fand die erste Phase der Karachai-Schließung statt - der nordwestliche Teil des Sees wurde gefüllt und Trenndämme gebaut, die die Wahrscheinlichkeit von Wellenbildung und Windspray von Aerosolen verringern. In den Jahren 1990-2000 wurde eine Verfüllung von 80% der Wasserfläche durchgeführt, wodurch die Dosisbelastung in der Nähe des Sees erheblich reduziert wurde. Im Rahmen des föderalen Zielprogramms „Gewährleistung der nuklearen Sicherheit und Strahlenschutz für 2008-2010 und für den Zeitraum bis 2015“ (FTP YARB-1) in den Jahren 2008-2015 wurde die letzte Phase der Liquidation des Seespiegels durchgeführt. Und am 26. November 2015 wurde der Karatschai-Stausee endgültig bombardiert.

Zusätzlich zur Schließung des Wasserbereichs und zur Abdichtung des Sees, um Oberflächenwasser abzulassen, wurden Entwässerungsrinnen um ihn herum gegraben, um Überschwemmungen zu verhindern. In Zukunft, in den nächsten 10 bis 20 Jahren, wird das Reservoir in das spezielle Lager für radioaktive Abfälle und dann in die spezielle Deponie für radioaktive Abfälle überführt. Der nächste Schritt ist die Schaffung eines Grundwasserüberwachungssystems mit etwa 450 Beobachtungsbrunnen rund um den ehemaligen See. Die Simulation der Bewegung des mobilsten Radionuklids - Sr-90 - zeigt, dass es während des vollständigen Aktivitätsabfalls (der nächsten 200-300 Jahre) nicht zu einer Verschmutzung des Grundwassers kommen sollte.

Somit ist das Risiko der Hauptbedrohungen, die mit dem gefährlichsten Objekt des nuklearen Erbes der UdSSR verbunden sind, jetzt erheblich verringert.

Alter Sumpf (akkumulierte Aktivität - 1,2 Millionen Ci, Volumen - 0,4 Millionen m ³ )

Die am zweithäufigsten akkumulierte Aktivität nach Karachai bei der offenen Lagerung von flüssigen mittelschweren Abfällen am Mayak-Industriestandort ist der B-17-Teich namens Old Swamp. Das Reservoir ist ein künstliches Reservoir, das 1952 und 1954 durch Blockierung des natürlichen Baumstamms mit Erddämmen gebildet wurde. Die Ufer sind mit Schutt und Lehm verstärkt, die Höhe des Dammes beträgt 1,5 bis 2 m. Das Reservoir dient zur Aufnahme und Lagerung flüssiger Abfälle aus der radiochemischen Produktion. Während der gesamten Betriebsdauer der B-17 wurden etwa 10 Millionen m ³ flüssige radioaktive Abfälle mit einer Gesamtaktivität von etwa 15 Millionen Ci in die B-17 abgeladen. Seit den frühen 1970er Jahren Die Entladungsaktivität wurde um mehrere Größenordnungen verringert. In den letzten 30 Jahren wurde der Vorratsbehälter hauptsächlich im Selbstreinigungsmodus betrieben. Die Gesamtaktivität der darin gespeicherten Radionuklide beträgt etwa 1,2 Millionen Ci. Der größte Teil der Aktivität konzentriert sich auf Bodensedimente und Bodenböden und ist hauptsächlich auf Sr-90 zurückzuführen.


Das Schema des Stausees Alter Sumpf

Bis heute werden Vorbereitungsarbeiten für dieselbe Verfüllung wie am Karatschai-See durchgeführt. Es ist geplant, die Arbeiten im Rahmen des Bundeszielprogramms YaRB-2 bis 2025 abzuschließen .

Stauseen der sibirischen Chemiefabrik

Nach dem Start der Mayak-Software wurde beschlossen, zusätzliche Anlagen zur Herstellung von Atomwaffenmaterial in Sibirien zu bauen. Jetzt tragen sie die Namen JSC "SCC" in Seversk und "MCC" in Zheleznogorsk. Sie haben ihre eigenen Eigenschaften, aber wie Mayak umfassten sie Industriereaktoren und radiochemische Anlagen zur Herstellung von Plutonium. Daher gingen ihre Aktivitäten auch mit der Bildung großer Abfallmengen einher. Die Erfahrungen mit Mayak wurden jedoch berücksichtigt, und die Nutzung offener Lagerstätten war nicht so groß. Beide Anlagen verwendeten später die Praxis der unterirdischen Entsorgung von flüssigen radioaktiven Abfällen (dies ist eine separate Geschichte, die meiner Meinung nach umstritten ist).

Insgesamt wurden rund 46,8 Millionen m3 (150 Karachaev) in das unterirdische Lager für flüssige Abfälle bei SCC gepumpt, und ihre Gesamtaktivität betrug 1515 Millionen Ci (mehr als 10 Karachaev). Aufgrund des Zusammenbruchs zum aktuellen Zeitpunkt fiel diese Aktivität 3-4 mal ab. ( Quelle )

Die offenen Speicherpools des Kundencenters umfassten Volumina von Hunderttausenden von m ³ , die Gesamtaktivität in ihnen überschritt jedoch nicht mehrere Tausend Ci, was tausendfach niedriger ist als die Aktivität in den offenen Pools von Mayak und SCK. Gleichzeitig wurden ab 2007 mehr als 6,4 Millionen m ³ LRW mit einer Gesamtaktivität von 982 Millionen Ci in die unterirdischen Lagereinrichtungen des Bergbau- und Chemiekombinats („Severny Polygon“) gepumpt, die sich bisher um das 3-4-fache verringert haben.

In der ersten Arbeitsphase verabschiedete der SCC ein System für die Verwaltung von LRW unter Verwendung offener Abfalllager sowie in Mayak. Dies sind die B-1-, B-2-Becken und das B-25-Becken, die bis Ende der 1980er Jahre funktionierten und in Bezug auf die akkumulierte Aktivität nach Karachai an zweiter Stelle standen. Die Gesamtaktivität in ihnen (nach Daten von 1997) betrug ungefähr 54 Millionen Ci (die Hälfte der Aktivität von Karachai).


Sibirische Chemiefabrik

Das Volumen des B-1-Beckens beträgt 65.000 m ³ , die akkumulierte Aktivität beträgt etwa 30 Millionen Ci (1/4 von Karachai), das Volumen des B-2-Beckens beträgt 135.000 m ³ , die Aktivität beträgt etwa 20 Millionen Ci. Bei der Gestaltung der Pools wurde die harte Erfahrung der Mayak Production Association voll berücksichtigt: Die erforderlichen Vermessungsarbeiten wurden durchgeführt und Isolierschichten bereitgestellt, die einen normalen Betrieb ohne Zwischenfälle und Unfälle ermöglichten. Dennoch wurde 1982 beschlossen, offene Radabfalllager zu erhalten, um das potenzielle Risiko der Entfernung von Radionukliden aus offenen Lagereinrichtungen in die Umwelt auszuschließen. Im selben Jahr wurde die Aufnahme von LRW in die Pools eingestellt.


Blick auf den derzeit bombardierten B-2 Pool ( Quelle )

Im Jahr 2012 wurde die Erhaltung des B-2-Beckens bei SCC vollständig abgeschlossen. Derzeit ist das B-2-Becken ein grünes Feld mit einem durchschnittlichen Strahlungshintergrund für Tomsk.

Die Arbeiten zur Erhaltung des B-1-Beckens dauern noch an. Die Fertigstellung wird für 2020 erwartet. Gleichzeitig werden Erfahrungen und Technologien verwendet, die auf die Erhaltung von Karachai getestet wurden. Beispielsweise wurde ein Reservoir durch Teilen von Dämmen präpariert, aber es werden neue Lösungen erarbeitet. Beispielsweise wird bei der Erhaltung von Gewässern eine zusätzliche Schutzbarriere geschaffen. Um den Umfang und unter dem Boden der Pools werden spezielle Vertiefungen gebohrt, in die Gel auf Basis von flüssigem Glas unter Druck injiziert wird. Nach dem Aushärten entsteht unter dem gesamten Speicher eine undurchdringliche Schicht, die sie aus der Umgebung "herausschneidet". Zusätzlich wurde eine spezielle Technologie verwendet, um den Zellstoff zu fixieren, um zu verhindern, dass er die Oberfläche des gegossenen Bodens erreicht.


Für die Erhaltung der LRW-Speicherpools im SCC wurden Geräte verwendet, die unter Berücksichtigung der am Karatschai-See gesammelten Erfahrungen geschützt wurden. ( Quelle )

Als nächstes steht der gefährlichste Pool im SCC - B-25. LRW wurde bis 2015 geliefert. 2016 begannen die Vorbereitungsarbeiten für seine Beerdigung, im Herbst 2018 wurde die Dekantierung abgepumpt. Die Arbeiten zur vollständigen Isolierung der B-25 von der Umwelt werden 2020 abgeschlossen sein. Darüber hinaus wird die Überwachung des Zustands der Einrichtungen für mindestens weitere 100 Jahre durchgeführt.

Anstelle von Schlussfolgerungen

Offene Reservoire radioaktiver Abfälle sind die umfangreichsten Objekte des nuklearen Erbes. Ihr Auftreten wird durch die Bedeutung der Hauptaufgabe verursacht - die Schaffung von Atomwaffen in der UdSSR und den Mangel an Technologien für den Umgang mit flüssigen radioaktiven Abfällen in den frühen 1950er Jahren. Die einst aufgeschobene Entscheidung über die Erhaltung solcher Stauseen führte in den Regionen ihres Standortes zu zahlreichen Umweltproblemen. Im Moment hat sich die Situation mit Gewässern jedoch praktisch stabilisiert, und die gefährlichsten von ihnen existieren nicht mehr in offener Form, was mögliche Katastrophen wie die von 1967 oder gefährlicher ausschließt. Es ist zu hoffen, dass sich die getroffenen Entscheidungen rechtfertigen und für zukünftige Generationen kein Problem darstellen.

Quellen:
1. Stilllegung und Umweltsanierung in der Russischen Föderation: Hauptergebnisse und Pläne für die Zukunft. Abramov. November 2016
2. Das Konzept der Stilllegung von Oberflächenspeichern von LRW der FSUE PA „Mayak“. 2013.
3. Probleme des nuklearen Erbes und Möglichkeiten, sie zu lösen. Band 1
4. Die Basis der zukünftigen Entwicklung. Das Land von Rosatom.
5. Erhaltung des Karatschai-Stausees, Mokrov, 2015.
6. Vergraben von Radionukliden: Bei SCC wurden Technologien zur Entsorgung radioaktiver Abfälle vorgestellt
7. Erhaltung der Pools B-1 und B-25 von JSC "SKhK"
8. Atlas der Verschmutzung des Territoriums durch die Aktivitäten von PA Mayak