СПОСОБ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ МЕСТ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2016 года по МПК G21F9/00 

Изобретение относится к области контроля радиоэкологической безопасности мест приповерхностного захоронения твердых или отвержденных радиоактивных отходов (далее по тексту РАО), содержащих в опасной концентрации радионуклиды с периодом полураспада не более 30 лет, и может быть использовано для практически полного исключения вероятности загрязнения ими окружающей среды за пределами санитарно-защитной зоны (далее по тексту СЗЗ). Оно также может быть использовано для фактической реализации радиоэкологического мониторинга, заключающегося в определения области и скорости распространения с грунтовыми водами опасной концентрации радионуклидов при минимальном числе необходимых для этого наблюдательных скважин. Также оно может быть использовано для определения момента времени, когда указанный радиоэкологический мониторинг допустимо прекратить.

Известен способ защиты от загрязнения подземных вод в районах складирования и захоронения отходов, содержащих токсичные или радиоактивные вещества, включающий формирование в предполагаемом месте захоронения отходов наборов проб грунтовой толщи на глубину до первого водоносного горизонта СЗЗ, разделение этих проб на слои, представленные различными литологическими разностями, последующую разбивку территории на отдельные участки, определение для каждого из них предельного времени функционирования как естественного геохимического барьера и создание на этих участках защитных экранов (см. патент РФ 2337419, кл. G21F 9/24. Опубл. 2008 г.).

Недостатком известного способа является то, что он, позволяя создать систему защиты подземных вод в районах складирования РАО от загрязнения радионуклидами, не рассматривает вероятности некачественного исполнения элементов этой системы и/или ее деградации за время потенциальной опасности изолируемых радионуклидов, которое в среднем составляет около 300 лет и, соответственно, не предполагает процедуры определения реальной эффективности системы защиты, что не позволяет гарантировать или хотя бы реально оценить фактическую безопасность изоляции РАО от окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов путем определения содержания индикатора радиоактивного загрязнения в окружающем места захоронения радиоактивных отходов массиве грунтов, по величине которого судят о безопасности мест захоронения радиоактивных отходов (см. патент РФ 2260215, кл. G21F 9/24. Опубл. 2005 г.).

Недостатком данного способа является то, что в нем не оговорена нижняя граница концентрации используемого в качестве индикатора радиоактивного загрязнения Cr(VI), после превышения которой судят о наличии этого загрязнения. Соответственно, согласно данному способу, любая концентрация Cr(VI), выявленная в грунтах, указывает на их радиоактивное загрязнение. При этом очевидно, что некоторая концентрация Cr(VI) может иметься в грунтах изначально или появиться по причинам, не связанным с размещением РАО, например быть занесена поверхностными сточными водами. Кроме того, определение факта наличия Cr(VI) не позволяет выяснить концентрацию радионуклидов, попавшую в грунтовые воды. Таким образом, рассматриваемый способ не позволяет определить интенсивность выноса радионуклидов, оконтурить область распространения их опасной концентрации и оценить экологическую опасность этого процесса.

В настоящей заявке решается задача разработки способа контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов, содержащих в опасной концентрации радионуклиды с периодом полураспада не более 30 лет, обеспечивающего практически полное исключение вероятности допущения загрязнения ими окружающей среды путем определения фактической безопасности изоляции этих радионуклидов на срок их потенциальной опасности, что позволяет в случае необходимости заблаговременно предпринять меры по локализации радиоактивного загрязнения внутри периметра СЗЗ и провести соответствующие реабилитационные мероприятия.

Для решения поставленной задачи в способе контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов, путем определения содержания индикатора радиоактивного загрязнения в окружающем места захоронения радиоактивных отходов массиве грунтов, по величине которого судят о безопасности мест захоронения радиоактивных отходов, в качестве индикатора радиоактивного загрязнения измеряют содержание C_i радионуклидов в пробах грунтовых вод, протекающих под местом захоронения радиоактивных отходов, при этом при C_i, меньшем величины уровня вмешательства C_ув, отбирают керны из подстилающего место захоронения радиоактивных отходов грунтового массива, разделяют их на литологические разности и определяют предельное время T_i функционирования этих литологических разностей как естественных геохимических барьеров, надежно препятствующих миграции радионуклидного загрязнения, определяют отрезок времени T_s, между величиной периода потенциальной опасности изолируемых РАО и сроком службы ΣT_i естественных геохимических барьеров и при выполнении условия C_ув>C_i в течение отрезка времени T_s считают безопасность места приповерхностного захоронения радиоактивных отходов фактически подтвержденной.

Целесообразно пробы грунтовых вод брать не реже двух раз в год, в весенний и осенний месяцы, статистически характеризующиеся наибольшим объемом осадков за сезон, а отбор проб производят из доходящих до первого от поверхности водоносного горизонта скважин, расположенных с каждой стороны света по периметру места приповерхностного захоронения РАО.

Техническим результатом изобретения является повышение объективности оценки безопасности мест приповерхностного захоронения РАО, благодаря чему практически полностью исключается вероятность выхода опасной концентрации изолируемых радионуклидов за пределы СЗЗ и, соответственно, загрязнения ими окружающей среды.

Технический результат достигается за счет того, что предложенный способ контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов позволяет осуществлять дискретный контроль фактического состояния безопасности этого захоронения и, в случае необходимости, своевременно провести реабилитационные мероприятия, направленные на предотвращение выхода опасной концентрации радионуклидов за пределы СЗЗ и загрязнения ими окружающей среды.

Предлагаемый способ базируется на закономерностях, экспериментально установленных авторами и подтвержденных при проведении специалистами инжинирингового центра ОАО «ВНИПИпромтехнологии» серии работ по комплексному инженерному и радиационному обследованию (КИРО) некоторых хранилищ РАО, в том числе относящихся к объектам исторического наследия. В натурных условиях подтверждено, что в случае проведения контроля по предлагаемому способу обеспечивается надежное выявление наличия и опасности радиоактивного загрязнения на его начальных стадиях распространения в контролируемой области при минимальных финансовых затратах. Последнее обеспечивается тем, что дорогостоящие в создании и поддержании в рабочем состоянии наблюдательные скважины бурятся только на участках, где по предлагаемому способу фактически подтверждена опасность выхода опасной концентрации радионуклидов. Кроме того, соответствующие наблюдения проводятся не на протяжении всего срока потенциальной опасности РАО (300 лет), а только в период времени, который не покрывает срок службы естественного геохимического барьера - массива вмещающих могильник РАО грунтов.

Способ контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов реализуют следующим образом.

В предполагаемом месте захоронения отходов, содержащих в опасной концентрации радионуклиды с периодом полураспада T½* не более 30 лет, формируют наборы проб грунтовой толщи санитарно-защитной зоны (СЗЗ) этого места на глубину до первого от поверхности водоносного горизонта.

Разделяют указанные пробы на слои, представленные различными литологическими разностями, а затем на основании заданной при проектировании концентрации радионуклидов в захораниваемой упаковке, срока t_d потенциальной опасности этих радионуклидов и с учетом допустимой точности отклонений для каждого слоя по известным методикам определяют эффективную пористость, коэффициент микродисперсии, скорость фильтрации и с помощью комплекса методов математического моделирования и(или) на основе результатов обследования объектов-аналогов рассчитывают наиболее вероятное значение концентрации загрязнителя на днище могильника после его загрузки РАО, например, в контейнерах.

Затем разбивают территорию на отдельные участки, сложенные равнозначными литологическими разностями и для каждого их слоя с учетом мощности определяют предельное время T_i функционирования как естественного геохимического барьера, в течение которого эти грунты за счет своих противомиграционных, в т.ч. абсорбционно-десорбционных свойств значительно замедляют или практически полностью останавливают распространение радионуклидов.

Далее, с учетом того, что по упрощенной формуле срок потенциальной опасности РАО рассчитывают как 10·T½, на расстоянии не более 1/(10·T½) от радиуса СЗЗ, по периметру могильника с каждой стороны света от его контура, организуют не менее одной наблюдательной скважины, доходящей до первого от поверхности водоносного горизонта и обсаженной перфорированными трубами, а также оборудованной устьевыми заглушками.

Не менее двух раз в год, в весенний и осенний месяцы, статистически характеризующиеся наибольшим объемом осадков за сезон, производят отбор проб грунтовых вод в наблюдательных скважинах и в ближайшей зоне разгрузки первого от поверхности водоносного горизонта.

Определяют содержания C_i изолируемых радионуклидов в этих пробах, сравнивают значения этого содержания с величиной уровня вмешательства C_ув и при выполнении условия C_ув>C_i в течение отрезка времени T_s=t_d-ΣT_i между величиной периода t_d потенциальной опасности изолируемых РАО и сроком службы ΣT_i естественных геохимических барьеров считают безопасность места приповерхностного захоронения радиоактивных отходов фактически подтвержденной, а задачу радиоэкологического мониторинга - выполненной.

При выявлении C_i>C_ув по распределению значений C_i в функции от местоположения скважин, в которых они были получены, определяют ореол распространения радионуклидного загрязнения, а скорость его распространения оценивают по изменению значений C_i во времени. Далее с учетом информации о текущем ореоле радиоактивного загрязнения и скорости распространения его фронта определяют предельное расстояние R разнесения опасной концентрации радионуклидов за период времени T_s.

В случае, когда величина R меньше радиуса санитарно-защитной зоны (r_СЗЗ), со стороны каждой скважины, в которой было зафиксировано C_i>C_ув, на расстоянии R от могильника бурят не менее одной дополнительной наблюдательной скважины, в которой проводят измерения и оценивают их результаты, как это описано выше.

Если R>r_СЗЗ, могильник считают не безопасным и пригодным к использованию только в качестве хранилища, проводят реабилитационные мероприятия и создают дополнительные защитные противофильтрационные экраны в объеме, достаточном для локализации радиоактивного загрязнения на период его потенциальной опасности.

Таким образом, предложенный способ контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов, содержащих в опасной концентрации радионуклиды с периодом полураспада не более 30 лет, позволяет обеспечить практически полное исключения вероятности допущения выноса в окружающую среду опасной концентрацией этих радионуклидов, что достигается путем периодического определения фактической безопасности места их захоронения, позволяющего в случае индикации радиоактивного загрязнения корректно оценить скорость его распространения, численно сопоставить ее с периодом потенциальной опасности изолируемых радионуклидов и, в случае необходимости, своевременно провести реабилитационные мероприятия, направленные на предотвращение выхода этого загрязнения за пределы санитарно-защитной зоны могильника РАО.

Заявленное изобретение относится к способу контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов, содержащих в опасной концентрации радионуклиды с периодом полураспада T½ не более 30 лет. В заявленном способе экспериментально определяют предельное время функционирование вмещающих могильник РАО грунтов как естественного геохимического барьера. Затем вычисляют продолжительность периода между указанным временем и сроком потенциальной опасности изолируемых радионуклидов. При этом в случае подтвержденного результатами фактических измерений отсутствия в течение этого периода выхода опасной концентрации радионуклидов за периметр ближней зоны могильника считают его безопасность фактически подтвержденной, а задачу радиоэкологического мониторинга - выполненной. Техническим результатом является исключение вероятности выхода радионуклидов в опасной концентрации за пределы санитарно-защитной зоны. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ контроля безопасности мест приповерхностного захоронения радиоактивных отходов путем определения содержания индикатора радиоактивного загрязнения в окружающем места захоронения радиоактивных отходов массиве грунтов, по величине которого судят о безопасности мест захоронения радиоактивных отходов, отличающийся тем, что в качестве индикатора радиоактивного загрязнения измеряют содержание C_i радионуклидов в пробах грунтовых вод, протекающих под местом захоронения радиоактивных отходов, при этом при C_i, меньшем величины уровня вмешательства С_ув, отбирают керны из подстилающего место захоронения радиоактивных отходов грунтового массива, разделяют их на литологические разности и определяют предельное время T_i функционирования этих литологических разностей как естественных геохимических барьеров, надежно препятствующих миграции радионуклидного загрязнения, определяют отрезок времени T_s, между величиной периода потенциальной опасности изолируемых РАО и сроком службы ΣΤ_i естественных геохимических барьеров и при выполнении условия С_ув>C_i в течение отрезка времени T_s считают безопасность места приповерхностного захоронения радиоактивных отходов фактически подтвержденной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пробы грунтовых вод получают не реже двух раз в год, в весенний и осенний месяцы, статистически характеризующиеся наибольшим объемом осадков за сезон, а отбор проб производят из доходящих до первого от поверхности водоносного горизонта скважин, расположенных с каждой стороны света по периметру места приповерхностного захоронения РАО.