Les lacs contenant des déchets radioactifs en Russie et l'expérience de leur élimination

Je poursuivrai le sujet des matières radioactives accumulées dans notre pays dans un article écrit il y a un mois. Contrairement à DUHF, nous parlons maintenant de vrais déchets radioactifs, dont le statut n'est contesté par personne. Au début de l'année, j'avais déjà écrit sur l' élimination des sous-marins nucléaires soviétiques à Primorye . Cet héritage nucléaire a été éliminé par le monde entier au cours des dernières décennies. Mais en plus des problèmes de la flotte nucléaire, pendant la guerre froide, de nombreux problèmes se sont accumulés dans l'arrière-fond - dans les usines de production de matières nucléaires de qualité militaire dans l'Oural et en Sibérie. Dans cet article, j'essaierai de parler de l'un des plus importants et au sens littéral des plus grands problèmes du patrimoine nucléaire de l'URSS - les réservoirs de déchets radioactifs.


Karachay Lake et la Mayak Production Association

Pendant longtemps, dans les projets nucléaires de l'URSS et des États-Unis, la pratique de la gestion des déchets radioactifs consistait à créer des installations de stockage temporaire pour les déchets radioactifs sur le lieu de leur formation - près des entreprises de défense et dans les installations du cycle du combustible nucléaire. En 70 ans, plus de 500 millions de m ^{3 de} déchets radioactifs se sont accumulés en Russie sur le territoire de la Russie (les régions de leur localisation peuvent être consultées sur le site Internet de l'Opérateur national de gestion des déchets radioactifs ).

La plupart d'entre eux sont des déchets liquides concentrés dans des réservoirs ouverts à proximité des usines impliquées dans la production et la production de plutonium de qualité militaire. Il existe trois usines de ce type en Russie: l'Association de production Mayak (Ozersk, région de Tcheliabinsk), SCC (Seversk, région de Tomsk) et le Complexe chimique d'État (Zheleznogorsk, territoire de Krasnoïarsk). Dans le processus visant à assurer le bouclier nucléaire du pays, la question de l'isolement final des RW générés n'était pas une priorité élevée. Mais dans les années 90, de nombreuses installations étaient dans un état extrêmement dangereux et le report des problèmes menaçait de graves conséquences et même de catastrophes.


Distribution des volumes de LRW accumulés dans les réservoirs de stockage de PA Mayak, SCK et MCC. ( Source )

Près de 99% des volumes de LRW sont concentrés à Mayak PA dans la région de Tcheliabinsk. Le principal est la cascade Techen des plans d'eau. La description de celui-ci et les problèmes qui y sont associés méritent un article séparé, et maintenant je vais me concentrer sur d'autres objets, plus petits, mais beaucoup plus dangereux, menant en termes d'activité accumulée - tout d'abord, c'est le lac Karachay et le vieux marais au Mayak Production Center et les réservoirs B -1, B-2 et B-25 à l'usine chimique sibérienne de Seversk.

PA Mayak

Le plus grand site industriel du complexe nucléaire de l'URSS est l'association de production Mayak (Production Association Mayak, anciennement Usine n ° 817, «quarante») à Ozersk (anciennement Chelyabinsk-40) dans la région de Chelyabinsk. Première née de l'industrie nucléaire (en activité depuis 1949), la Mayak Production Association est devenue simultanément le fragment le plus complexe de l'héritage nucléaire associé à la phase initiale de création d'armes nucléaires empreintes de hâte, de manque de connaissances et de ressources.

L'usine chimique comprenait plusieurs réacteurs pour produire du plutonium de qualité militaire à partir d'uranium naturel, une production radiochimique pour la séparation du plutonium 239 du combustible irradié et un service chimique et métallurgique pour la production de plutonium métallique.

Depuis que l'URSS rattrapait les États-Unis dans la course atomique, de nombreuses solutions ont été copiées. Par analogie avec l'usine américaine de production de plutonium, initialement dans le projet Mayak, il était supposé que les déchets radioactifs liquides (LRW) d'activité moyenne et faible se fondraient simplement dans la rivière Techa. Certes, le fleuve dans l'Oural n'était pas aussi fluide que le fleuve Columbia à l'usine de Hanford aux États-Unis, et de 1948 à 1951, le Techa était si pollué qu'il a été décidé d'arrêter les rejets dans celui-ci. Après cela, réservoirs naturels et artificiels - Lac. Kyzyltash (V-2), lac Tatysh (V-6), réservoirs V-9 (Karachay), V-17 (Old Swamp).


L'agencement des réservoirs autour du site industriel de PA Mayak. B-9 - Lac Karachay. ( Source )

Une image similaire, mais beaucoup moins importante, a pris forme dans d'autres usines de production de plutonium de qualité militaire. Ainsi, ce sont les plans d'eau ouverts qui sont devenus les principaux stockages de déchets radioactifs - tant en activité qu'en volume. Cependant, ils portaient une énorme menace, car ils sont en plein air, ils sont à risque d'inondation, de dessèchement, de fuite et de suppression d'activité de l'eau et des côtes lors d'ouragans ou de tornades (quelque chose de similaire s'est produit à Karachay en 1967, dont un peu plus bas). C’est précisément la mise de ces réservoirs dans une position sûre ou au moins stable, principalement lorsqu’il a été décidé d’éliminer complètement l’héritage nucléaire de l’URSS.

Karachay (activité cumulée - 120 millions Ci, volume 0,3 million m ³ )

Le réservoir V-9, créé en 1951 sur le site de l'ancien marais sans drain de Karachay sur le site industriel de Mayaka, est une installation de stockage de surface unique pour les déchets radioactifs liquides. Au total, au cours de l'opération, plus de 500 millions de Ki d'activité y ont été rejetés, ce qui est plusieurs fois plus élevé que les émissions de l'accident de Tchernobyl. En 1985, compte tenu de la décroissance, environ 120 millions Ci d'activité étaient accumulés dans le lac Karachay. Avec le démarrage de l'opération à la suite de décharges, le niveau d'eau du réservoir V-9 et la surface de l'eau ont constamment augmenté. Ainsi, en mai 1962, la zone d'eau était de 51 ha. Le débit de dose sur le rivage du réservoir était de 50 mR / h.


Comparaison des volumes de déchets et de l'activité accumulée dans les réservoirs de Mayak Production Association. Karachay (B-9) avec un volume minimum a concentré l'activité principale des déchets. ( Source )

Au printemps aride de 1967, les rives du réservoir ont été exposées et le vent leur a apporté de la poussière radioactive à l'extérieur du site industriel. La zone de pollution était d'environ deux mille kilomètres carrés. Cette pollution (trace de Karachaevsky) a été ajoutée à la trace de pollution Est-Oural formée par l'accident près de 10 ans plus tôt - à la suite de l'accident de 1957 (j'ai également étudié les conséquences pour la population tout en travaillant sur un diplôme et en travaillant à la branche Oural de l'Académie russe des sciences) . L'accident de technologie naturelle de 1967 n'a pas entraîné de graves conséquences radiologiques pour la population et l'environnement, mais a montré le risque potentiel de réapparition de telles situations dans des conditions météorologiques anormales.


Un schéma indicatif de la propagation de la contamination radioactive du sol à la suite des activités de Mayak. Source

Liquidation du lac Karachay

Après l'incident de 1967, le gouvernement de l'URSS a décidé de liquider le réservoir de Karachay, ainsi que sur la conduite de mesures visant à empêcher la répétition de tels cas. De 1967 à 1971, des travaux ont été effectués pour remblayer les zones nues précédemment inondées, remblayer les eaux peu profondes et récupérer les zones autour du réservoir. Jusqu'au milieu des années 70, les travaux ont continué d'éliminer les conséquences de l'urgence de 1967, en aménageant les rives et les travaux expérimentaux pour remplir la zone d'eau.


Liquidation progressive de la zone d'eau libre du lac Karachay.

Vers le milieu des années 1980, la technologie de remplissage du réservoir avec un sol rocheux a finalement été élaborée à l'aide de structures spéciales - des blocs de béton creux, qui permettent de localiser les sédiments de fond et les limons les plus actifs sans les gonfler à la surface.


La technologie de remblayage du lac comprenait des opérations développées pour l'installation de blocs de béton creux et le remblayage avec un sol rocheux.


«Puff pie», qui couvrait Karachay.

Plus de 200 mille m ^{3 de} boues et de loams technogéniques hautement actifs sont localisés et isolés dans le réservoir de Karachay, dont l'activité cumulée totale au milieu des années 80 a atteint 120 millions de Ci, soit au moins deux fois plus que les émissions de l'accident de Tchernobyl.


Vue de la Mayak Production Association, provisoirement 1990. En bas à gauche - Lac Karachay avec une zone d'eau partiellement couverte. Ci-dessus à gauche - Lac Kyzyltash.

Au cours de la période 1988-1990, la première étape de la fermeture de Karachai a eu lieu - la partie nord-ouest du lac a été remplie et des barrages de séparation ont été construits, ce qui réduit la probabilité de formation de vagues et de pulvérisation par le vent d'aérosols. En 1990-2000, un remblayage de 80% de la zone d'eau a été effectué, ce qui a considérablement réduit les charges de dose près du lac. Dans le cadre du programme cible fédéral «Assurer la sûreté nucléaire et radiologique pour 2008-2010 et pour la période allant jusqu'à 2015» (FTP YARB-1) en 2008-2015, la dernière étape de la liquidation du miroir du lac a été réalisée. Et le 26 novembre 2015 , le réservoir de Karachay a finalement été bombardé.

En plus de fermer la zone d'eau et d'imperméabiliser le lac pour drainer les eaux de surface, des canaux de drainage ont été creusés autour pour éviter les inondations. À l'avenir, au cours des 10 à 20 prochaines années, le réservoir sera transféré vers l'installation de stockage des déchets radioactifs spéciaux, puis vers le site d'élimination des déchets radioactifs spéciaux. La prochaine étape est la création d'un système de surveillance des eaux souterraines utilisant environ 450 puits d'observation autour de l'ancien lac. La simulation du mouvement du radionucléide le plus mobile - Sr-90, montre que pendant la décroissance complète de l'activité (les 200 à 300 prochaines années), elle ne devrait pas entraîner de pollution des eaux souterraines.

Ainsi, le risque des principales menaces liées à l'objet le plus dangereux du patrimoine nucléaire de l'URSS est désormais considérablement réduit.

Ancien marécage (activité cumulée - 1,2 million Ci, volume - 0,4 million m ³ )

La deuxième activité la plus accumulée après Karachai dans le stockage ouvert de déchets de moyenne activité liquide sur le site industriel de Mayak est l'étang B-17 appelé Old Swamp. Le réservoir est un réservoir artificiel formé en bloquant le rondin naturel avec des barrages en terre en 1952 et 1954. Ses rives sont renforcées de gravats et de loam, la hauteur du remblai est de 1,5 à 2 m Le réservoir est utilisé pour recevoir et stocker les déchets liquides issus de la production radiochimique. Pendant toute la période d'exploitation du B-17, environ 10 millions de m ^{3 de} déchets radioactifs liquides d'une activité totale d'environ 15 millions de Ci y ont été déversés. Depuis le début des années 1970 l'activité de décharge a été réduite de plusieurs ordres de grandeur. Depuis 30 ans, le réservoir fonctionne principalement en mode autonettoyant. L'activité totale des radionucléides qui y sont stockés est d'environ 1,2 million de Ci. La majeure partie de l'activité est concentrée dans les sédiments de fond et les sols de fond et est principalement due au Sr-90.


Le schéma du réservoir Vieux marais

À ce jour, des travaux préparatoires y sont en cours pour le même remblai que celui réalisé sur le lac Karachay. Il est prévu d'achever les travaux d'ici 2025 dans le cadre du programme cible fédéral YaRB-2 .

Réservoirs de l'usine chimique sibérienne

Après le lancement du logiciel Mayak, il a été décidé de construire des usines supplémentaires pour la production de matériaux d'armes nucléaires en Sibérie. Ils portent désormais les noms de JSC "SCC" à Seversk et de "MCC" à Zheleznogorsk. Ils ont leurs propres caractéristiques, mais comme Mayak, ils comprenaient des réacteurs industriels et des installations radiochimiques pour la production de plutonium. Par conséquent, leurs activités se sont également accompagnées de la formation de grands volumes de déchets. Mais l'expérience Mayak a été prise en compte et l'utilisation de réservoirs de stockage ouverts n'était pas à grande échelle. Les deux usines ont ensuite utilisé la pratique de l'élimination souterraine des déchets radioactifs liquides (il s'agit d'une histoire distincte, controversée à mon avis).

Au total, environ 46,8 millions de m3 (150 Karachays) ont été pompés dans le stockage souterrain de déchets liquides de SCC, et leur activité totale était de 1515 millions Ci (plus de 10 Karachays). En raison de l'effondrement du moment actuel, cette activité a chuté de 3 à 4 fois. ( source )

Les pools de stockage ouverts du MCC comprenaient des volumes de centaines de milliers de m ³ , mais leur activité totale n'a pas dépassé plusieurs milliers de Ci, ce qui est des milliers de fois inférieur à l'activité des pools ouverts de Mayak et SCK. En même temps, en 2007, plus de 6,4 millions de m ^{3 de} LRW avec une activité totale de 982 millions de Ci ont été pompés dans les installations de stockage souterraines de la mine et du combiné chimique («Severny Polygon»), qui à ce jour a diminué de 3 à 4 fois.

Au cours de la période initiale de travail, le CCN a adopté un plan de gestion des LRW à l'aide d'installations ouvertes de stockage des déchets ainsi qu'à Mayak. Ce sont les bassins B-1, B-2 et le bassin B-25, qui ont fonctionné jusqu'à la fin des années 1980, et en termes d'activité accumulée, ils étaient juste derrière Karachay. L'activité totale en eux (selon les données de 1997) était d'environ 54 millions Ci (la moitié de l'activité de Karachai).


Usine chimique sibérienne

Le volume du bassin B-1 est de 65 000 m ³ , l'activité cumulée est d'environ 30 millions Ci (1/4 de Karachai), le volume du bassin B-2 est 135 000 m ³ , l'activité est d'environ 20 millions Ci. La conception des bassins a pleinement pris en compte la dure expérience de la Mayak Production Association: les travaux d'enquête nécessaires ont été réalisés et des couches isolantes ont été fournies, ce qui a permis de les faire fonctionner normalement, sans incident ni accident. Néanmoins, en 1982, il a été décidé de conserver les installations ouvertes de stockage des déchets radioactifs afin d'éliminer le risque potentiel d'élimination des radionucléides des installations de stockage ouvertes dans l'environnement. La même année, l'acceptation de LRW dans les piscines a été interrompue.


Vue de la piscine B-2 actuellement bombardée ( source )

En 2012, la conservation du bassin B-2 a été complètement achevée au CCN. À l'heure actuelle, le bassin B-2 est un champ vert avec un fond de rayonnement moyen pour Tomsk.

Les travaux de conservation du bassin B-1 sont toujours en cours, leur achèvement est prévu en 2020. Dans le même temps, l'expérience et les technologies sont utilisées, testées sur la conservation de Karachai, par exemple, un réservoir a été disséqué en divisant les barrages, mais de nouvelles solutions sont en cours d'élaboration. Par exemple, lors de la conservation des plans d'eau, une barrière de protection supplémentaire est créée. Des puits spéciaux sont forés autour du périmètre et sous le fond des piscines, dans lesquels du gel à base de verre liquide est injecté sous pression. Une fois durci, une couche impénétrable est créée sous l'ensemble du stockage, ce qui la "coupe" de l'environnement. De plus, une technologie spéciale a été utilisée pour fixer la pulpe afin de l'empêcher d'atteindre la surface du sol versé.


Pour la conservation des bassins de stockage LRW au CSC, du matériel a été utilisé et protégé compte tenu de l'expérience acquise sur le lac Karachay. ( source )

Le prochain en ligne pour la conservation est la piscine la plus dangereuse du SCC - B-25. LRW lui a été fourni jusqu'en 2015. En 2016, les travaux préparatoires à son enterrement ont commencé, à l'automne 2018, la décantation a été pompée. Les travaux sur l'isolement complet du B-25 de l'environnement seront achevés en 2020. De plus, la surveillance de l'état des installations se poursuivra pendant encore 100 ans au moins.

Au lieu de conclusions

Les réservoirs ouverts de déchets radioactifs sont les objets les plus volumineux du patrimoine nucléaire. Leur apparition est causée par l'importance de la tâche principale - la création d'armes nucléaires en URSS et le manque de technologies pour manipuler les déchets radioactifs liquides au début des années 1950. La décision autrefois différée sur la conservation de ces réservoirs a entraîné de nombreux problèmes environnementaux dans les régions de leur emplacement. Cependant, à l'heure actuelle, la situation des plans d'eau s'est pratiquement stabilisée et les plus dangereux d'entre eux n'existent plus sous forme ouverte, ce qui exclut d'éventuelles catastrophes comme celle qui était en 1967 ou plus dangereuse. On espère que les décisions prises se justifieront et ne deviendront pas un problème pour les générations futures.

Sources:
1. Démantèlement et restauration de l'environnement dans la Fédération de Russie: principaux résultats et plans pour l'avenir. Abramov. Novembre 2016
2. Le concept de déclassement des réservoirs de stockage de surface de LRW de FSUE PA «Mayak». 2013.
3. Problèmes de l'héritage nucléaire et moyens de les résoudre. Volume 1
4. La base du développement futur. Le pays de Rosatom.
5. Conservation du réservoir de Karachay, Mokrov, 2015.
6. Comment enterrer les radionucléides: des technologies d'élimination des déchets radioactifs ont été révélées au CCN
7. Conservation des bassins B-1 et B-25 du JSC "SKhK"
8. Atlas de la pollution du territoire par les activités de l'AP Mayak