Озера с радиоактивными отходами на территории России и опыт их ликвидации
Продолжу тему накопленных в нашей стране радиоактивных материалов написанной месяц назад статьей. В отличие от ОГФУ, сейчас речь о реальных радиоактивных отходах, чей статус никем не оспаривается. В начале года я уже писал об утилизации советский атомных подводных лодок в Приморье. Это ядерное наследие в последние десятилетия устраняют всем миром. Но помимо проблем атомного флота, за время холодной войны много проблем накопилось и в глубоком тылу — на комбинатах по наработке оружейных ядерных материалов на Урале и в Сибири. В этой статье я попробую рассказать об одной из важнейших и в прямом смысле крупнейших проблем ядерного наследия СССР — водоемах-хранилищах радиоактивных отходов.
Озеро Карачай и производственное объединение «Маяк»
Долгое время в атомных проектах как СССР так и США практика обращения с радиоактивными отходами заключалась в создании временных пунктов хранения РАО в месте их образования — возле оборонных предприятий и на объектах ядерного топливного цикла. На территории России за 70 лет накоплено более 500 млн. м3 РАО (регионы их расположения можно посмотреть на сайте Нацоператора по обращению с РАО). Большая их часть — это жидкие отходы, сосредоточенные в открытых водоемах-накопителях вблизи комбинатов, занимавшихся наработкой и выделением оружейного плутония. Таких комбинатов в России три — ПО «Маяк» (г. Озерск, Челябинская область), СХК (г. Северск, Томская область) и ГХК (Железногорск, Красноярский край). В процессе обеспечения ядерного щита страны вопрос об окончательной изоляции образующихся РАО был не самым приоритетным. Но к 1990-м многие объекты пришли в крайне опасное состояние и дальнейшее откладывание проблем грозило серьезными последствиями и даже катастрофами.
Распределение объемов накопленных ЖРО в водоемах-хранилищах на ПО «Маяк», СХК и ГХК. (Источник)
Почти 99% объемов ЖРО сосредоточены на ПО «Маяк» в Челябинской области. Из них основным является Теченский каскад водоемов. Описание его и связанных с ним проблем достойно отдельной статьи, а сейчас я остановлюсь на других, меньших по объему, но гораздо более опасных объектах, лидирующих по накопленной активности — в первую очередь это озеро Карачай и Старое болото на ПО «Маяк» и водоемы Б-1, Б-2 и Б-25 на Сибирском химкомбинате в г. Северск.
ПО «Маяк»
Самая крупная промышленная площадка ядерного комплекса СССР — производственное объединение «Маяк» (ПО «Маяк», ранее — завод №817, «сороковка»), в городе Озерск (Ранее Челябинск-40) в Челябинской области. Первенец атомной промышленности (работает с 1949 года), ПО «Маяк» одновременно стал и самым сложным фрагментом ядерного наследия, связанным с начальным этапом создания ядерного оружия полным спешки, недостатка знаний и дефицита ресурсов.
Химкомбинат имел в своем составе несколько реакторов для наработки оружейного плутония из природного урана, радиохимическое производство по выделению плутония-239 из облученного топлива и химико-металлургическое отделение для получения металлического плутония.
Поскольку в атомной гонке СССР догонял США, то многие решения были скопированы. По аналогии с американским заводом по производству плутония, изначально в проекте ПО «Маяк» предполагалось, что жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) средней и низкой удельной активности будут просто сливаться в реку Течу. Правда река на Урале оказалась не такой полноводной, как река Колумбия на заводе в Хэнфорде в США, и с 1948 по 1951 годы Теча оказалась настолько загрязнена, что сбросы в нее было решено прекратить. После этого в качестве накопителей ЖРО стали использовать естественные и искусственные водоемы — оз. Кызылташ (В-2), оз. Татыш (В-6), водоемы В-9 (Карачай), В-17 (Старое Болото).
Схема расположения водоемов вокруг промплощадки ПО «Маяк». И-9 — оз. Карачай. (Источник)
Похожая, но гораздо менее масштабная картина складывалась и на других комбинатах для наработки оружейного плутония. Таким образом, именно открытые водоемы стали главными накопителями радиоактивных отходов — как по активности, так и по объему. При этом они несли огромную угрозу, т.к. они находятся под открытым небом, подвергаются угрозе затопления, пересыхания, протечек, выносов активности с акватории и берегов при ураганах или смерчах (нечто подобное случилось на Карачае в 1967, о чем чуть ниже). Именно приведением подобных водоемов в безопасное или хотя бы стабильное положение занялись в первую очередь, когда было принято решение о комплексной ликвидации ядерного наследия СССР.
Карачай (накопленная активность — 120 млн. Ки, объем 0,3 млн. м3)
Водоем В-9, созданный в 1951 году на месте бывшего бессточного болота Карачай на промышленной площадке ПО «Маяка», является уникальным по накопленной активности поверхностным хранилищем ЖРО. Всего за время эксплуатации в него сброшено более 500 млн. Ки активности, что в разы превышает выбросы с аварийной Чернобыльской АЭС. К 1985 году, с учетом распада, в озере Карачай было накоплено около 120 млн Ки активности. С началом эксплуатации в результате сбросов уровень воды водоема В-9 и площадь водной поверхности постоянно возрастали. Так, в мае 1962 года площадь акватории составляла 51 га. Мощность дозы на береговой линии водоема составляла 50 мР/ч.
Сравнение объемов отходов и накопленной активности в водоемах ПО «Маяк». Карачай (B-9) при минимальном объеме сосредоточил в себе основную активность отходов. (Источник)
Засушливой весной 1967-го берега водоема оголились, и ветром с них вынесло радиоактивную пыль за пределы промплощадки. Площадь загрязнения составила около двух тысяч квадратных километров. Это загрязнение (Карачаевский след) добавилось к Восточно-Уральскому следу загрязнений, сформировавшихся от аварии почти на 10 лет раньше — в результате аварии 1957 года (изучением ее последствий для населения я в свое время занимался и работая над дипломом, и работая в УрО РАН). Природно-техногенная авария 1967 года не привела к серьезным радиационным последствиям для населения и окружающей среды, но показала потенциальную опасность повторения подобных ситуаций при аномальных метеорологических условиях.
Ориентировочная схема распространения радиоактивного загрязнения почвы в результате деятельности ПО «Маяк». Источник
Ликвидация озера Карачай
После инцидента 1967 года Правительством СССР было принято решение о ликвидации водоема Карачай, а также о поведении мероприятий для предотвращения повторения подобных случаев. В течение 1967–1971 годов были проведены работы по засыпке оголенных ранее затопляемых участков, засыпке мелководий, рекультивации территорий вокруг водоема. До середины 70-х годов продолжались работы по ликвидации последствий аварийной ситуации 1967 года, обустройству берегов и опытные работы по засыпке акватории.
Постепенная ликвидация открытой акватории озера Карачай.
К середине 1980-х годов была окончательно отработана технология засыпки водоема скальным грунтом с применением специальных конструкций — полых бетонных блоков, позволяющих локализовать донные отложения и наиболее активные илы без их выпячивания на поверхность.
Технологии засыпки акватории озера включала разработанные операции установки полых бетонных блоков и засыпку скальным грунтом.
«Слоеный пирог», которым накрыли Карачай.
В водоеме Карачай локализовано и изолировано более 200 тыс. м3 высокоактивных техногенных илов и суглинков, общая накопленная активность которых в середине 1980-х годов достигала 120 млн Ки, что минимум в двое больше выброса при аварии на Чернобыльской АЭС.
Вид на ПО «Маяк», ориентировочно 1990 год. Слева внизу — оз. Карачай с частично засыпанной акваторией. Слева вверху — оз. Кызылташ.
В период 1988–1990 проходил первый этап закрытия Карачая — проведена отсыпка северо-западной части озера и сооружены разделительные дамбы, снижающие вероятность образования волн и ветрового уноса аэрозолей. В 1990–2000 проведена засыпка 80% акватории, значительно снизившая дозовые нагрузки вблизи озера. В рамках федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 -2010 годы и на период до 2015 года» (ФЦП ЯРБ-1) в 2008–2015 годах была проведен финальный этап ликвидации зеркала озера. А 26 ноября 2015 года водоем Карачай окончательно был засыпан.
Помимо закрытия акватории и гидроизоляции озера для отведения поверхностных вод вокруг него прорыты водоотводные каналы для исключения его подтопление. В перспективе ближайших 10–20 лет водоем будет переведен в пункт консервации особых РАО, а затем в пункт захоронения особых радиоактивных отходов. Следующий этап — создание системы мониторинга за подземными водами с использованием около 450 наблюдательных скважин вокруг бывшего озера. Моделирование по перемещению самого подвижного радионуклида — Sr-90, показывает, что за время полного распада активности (ближайшие 200–300 лет) не должно привести к загрязнению подземных вод.
Таким образом, риск основных угроз, связанных с самым опасным объектом ядерного наследия СССР, теперь существенно снижен.
Старое болото (накопленная активность — 1,2 млн Ки, объем — 0,4 млн м3)
Вторым по накопленной активности после Карачая открытым хранилищем жидких среднеактивных отходов на промплощадке ПО «Маяк» является водоем В-17 под названием Старое болото. Водоем является искусственным водохранилищем, образованным путем перекрытия естественного лога земляными плотинами в 1952 и 1954 гг. Его берега укреплены щебнем и суглинком, высота обваловки составляет 1,5–2 м. Водоем используется для приема и хранения жидких отходов радиохимического производства. За весь период эксплуатации В-17 в него было сброшено около 10 млн. м3 жидких радиоактивных отходов с суммарной активностью около 15 млн Ки. С начала 1970-х гг. активность сбросов была сокращена на несколько порядков. Последние 30 лет водоем эксплуатируется преимущественно в режиме самоочищения. Общая активность радионуклидов, хранящихся в нем, составляет около 1,2 млн Ки. Основная часть активности сосредоточена в донных отложениях и грунтах дна и обусловлена главным образом Sr-90.
Схема водоема Старое болото
К настоящему времени на нем ведутся подготовительные работы для такой же засыпки, как проведена на озере Карачай. Закончить работы планируется к 2025 году в рамках ФЦП ЯРБ-2.
Водоемы Сибирского химического комбината
После запуска ПО «Маяк» было принято решение о строительстве дополнительных комбинатов по наработке ядерных оружейных материалов в Сибири. Сейчас они носят названия АО «СХК» в Северске и «ГХК» в Железногорске. У них есть свои особенности, но как и «Маяк», они имели в своем составе промышленные реакторы и радиохимические заводы для получения плутония. Поэтому их деятельность так же сопровождалась образованием больших объемов отходов. Но опыт «Маяка» был учтен и применение открытых водоемов-хранилищ было не столь масштабным. На обоих заводах позже была использована практика подземного захоронения жидких радиоактивных отходов (это отдельная история, спорная на мой взгляд).
Всего в подземное хранилище жидких отходов на «СХК» закачали около 46,8 млн м3 (150 «Карачаев»), а их суммарная активность — 1515 млн Ки (больше 10 «Карачаев»). За счет распада к текущему моменту эта активность упала в 3–4 раза. (источник)
Открытые бассейны-хранилища ГХК насчитывали объемы в сотни тысяч м3, однако общая активность в них не превышала нескольких тысяч Ки, что в тысячи раз ниже активности в открытых бассейнах «Маяка» и СХК. При этом в подземные хранилища ГХК («полигон Северный») закачано по состоянию на 2007 г. более 6,4 млн м3 ЖРО суммарной активностью 982 млн Ки, которая к настоящему времени снизилась в 3–4 раза.
В начальный период работы на СХК была принята схема обращения с ЖРО также с использованием открытых хранилищ отходов, как и на «Маяке». Это бассейны Б-1, Б-2 и бассейн Б-25, которые функционировали до конца 1980-х, а по накопленной активности уступали лишь Карачаю. Суммарная активность в них (по данным на 1997 г.), составляла примерно 54 млн Ки (половина активности Карачая).
Сибирский химический комбинат
Объем бассейна Б-1 составляет 65000 м3, накопленная активность — около 30 млн Ки (¼ Карачая), объем бассейна Б-2 — 135 000 м3, активность — около 20 млн Ки. Конструкции бассейнов в полной мере учитывали тяжелый опыт ПО «Маяк»: были проведены необходимые изыскательские работы и предусмотрены изолирующие слои, что позволило эксплуатировать их в штатном режиме, без инцидентов и аварий. Тем не менее, для исключения потенциальной опасности выноса радионуклидов из открытых хранилищ в окружающую среду в 1982 г. принято решение о консервации открытых хранилищ РАО. В том же году прием ЖРО в бассейны был прекращен.
Вид на засыпанный Бассейн Б-2 в настоящее время (источник)
В 2012 году на СХК была полностью завершена консервация бассейна Б-2. В настоящее время бассейн Б-2 представляет из себя зеленое поле с радиационным фоном средним для Томска.
Работы по консервации бассейна Б-1 еще идут, их завершение ожидается в 2020 году. При этом используется опыт и технологии, опробованные на консервации Карачая, например, водоем рассекали разделительными дамбами, но отрабатываются и новые решения. Например, при консервации водоемов создается дополнительный защитный барьер. По периметру и под дном бассейнов бурятся особые скважины, в которые под давлением нагнетается гель на основе жидкого стекла. После его застывания создается непроницаемый слой под всем хранилищем, который «отрезает» его от окружающей среды. Кроме того, была применена специальная технология фиксации пульпы для исключения ее выхода на поверхность насыпанного грунта.
Для работ по консервации бассейнов-хранилищ ЖРО на СХК использовалась техника, защищенная с учетом опыта, полученного на озере Карачай. (источник)
На очереди для консервации самый опасный на территории СХК бассейн — Б-25. ЖРО в него поступали вплоть до 2015 года. В 2016-м начались подготовительные работы по его захоронению, осенью 2018-го — откачка декантата. Работы по полной изоляции Б-25 от окружающей среды завершатся в 2020 году. При этом наблюдение за состоянием объектов будет вестись еще как минимум 100 лет.
Вместо выводов
Открытые водоемы-хранилища РАО являются самыми вместительными объектами ядерного наследия. Их появление вызвано важностью основной задачи — создания в СССР ядерного оружия и отсутствием в начале 1950-х годов технологий обращения с жидкими радиоактивными отходами. Некогда отложенное решение по консервации подобных водоемов привело к массе экологических проблем в регионах их расположения. Однако на текущий момент ситуация с водоемами практически стабилизировалась, а наиболее опасные из них уже не существуют в открытом виде, что исключает возможные катастрофы типа той, что была в 1967 или опасней. Остается надеяться, что принятые решения оправдают себя и не станут проблемой для будущих поколений.
Источники:
1. Вывод из эксплуатации и восстановление окружающей среды в Российской Федерации: основные итоги и планы на будущее. Абрамов. Ноябрь 2016
2. Концепция вывода из эксплуатации поверхностных водоемов-хранилищ ЖРО ФГУП «ПО «МАЯК». 2013.
3. Проблемы ядерного наследия и пути их решения. Том 1.
4. Основа будущего развития. Страна Росатом.
5. Консервация водоема Карачай, Мокров, 2015.
6. Как зарыть радионуклиды: на СХК раскрыли технологии захоронения РАО
7. Консервация бассейнов Б-1 и Б-25 АО «СХК»
8. Атлас загрязнений территории от деятельности ПО «Маяк»
