Думать на миллион лет вперед: о стратегии работы с отходами атомного производства

Когда начнет сокращаться объем радиоактивных отходов, как изолировать долгоживущие отходы на тысячелетия, зачем нужны цифровые проекты вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов (ЯРОО)? На эти и другие вопросы «СР» отвечает директор «Росатома» по государственной политике в области радиоактивных отходов, отработавшего ядерного топлива и вывода из эксплуатации ЯРОО Василий Тинин.

Досье

Василий Тинин родился в Северске. В 2000 году окончил Томский политехнический университет по специальности «химическая технология материалов современной энергетики» с присвоением квалификации «инженер». Работал на Сибирском химкомбинате (в 2015–2018 годах — директором радиохимического завода). В 2018 году переведен в ТВЭЛ директором программ по выводу из эксплуатации. Вернулся на Сибирский химкомбинат в 2021-м и до 2023 года работал техническим директором.

Триединая задача

— Боюсь, мой вопрос покажется наивным, но что значит «государственная политика» в названии вашей должности? Чем объясняется такая формулировка?
— Федеральным законом «О Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом»». Госкорпорация не просто ведет бизнес — она реализует государственную политику: регулирует сферу атомной энергии, управляет госимуществом, следит за ядерной безопасностью, развивает науку и технику, отвечает за атомный ледокольный флот и многое другое.

Настоящее и тем более будущее невозможно представить без атомных технологий. А использование атомных станций неизбежно приводит к образованию отработавшего ядерного топлива (ОЯТ. — «СР») и радиоактивных отходов (РАО. — «СР»). Мы уже освоили технологии переработки ОЯТ для его превращения в новый топливный ресурс, создаем решения для внедрения этих технологий в промышленном масштабе.

Одновременно необходимо решать другие задачи: надежно изолировать РАО, безопасно выводить из эксплуатации ядерные объекты. Этот спектр направлений, его еще называют бэкенд, — важнейшая часть работы отрасли. Цель — обеспечить безопасность всех процессов завершающей стадии жизненного цикла ядерного топлива и ядерных объектов, минимизировать радиоактивные отходы, сделать производство энергии еще эффективнее и экологичнее. Например, мы не сможем идти вперед, не разобравшись с ядерным наследием. Поэтому правительство назначило «Росатом» распорядителем бюджетных средств и координатором исполнения федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016–2020 годы и на период до 2035 года» (ФЦП «ЯРБ-2». — «СР»). Это большой пласт нашей работы.

Функционируют и продолжают взаимоувязано развиваться система обращения с ОЯТ, единая государственная система обращения с РАО, долгосрочные планы по выводу из эксплуатации, включающие законодательные и нормативные базы, финансовые механизмы, соответствующую инфраструктуру. Развитие этих систем и планов — стратегическое направление государственной политики. И моя роль как директора по государственной политике заключается в том, чтобы обеспечивать согласованность профильных отраслевых решений с поставленными государством задачами.

— Бэкенд — это то, что будет развиваться, даже если человечество внезапно передумает использовать атомную энергию.

— Да, и я всегда вдохновляю этим тезисом коллектив Национального оператора по обращению с РАО (НО РАО. — «СР»). В законе «Об обращении с радиоактивными отходами» сказано, что они должны быть изолированы от окружающей среды на весь период своей потенциальной опасности. Для долгоживущих радиоактивных изотопов, с которыми мы имеем дело, например урана-238, нептуния-237, — это миллионы лет. То есть работа у НО РАО, который создает и эксплуатирует инфраструктуру для финальной изоляции РАО, будет всегда.

— Миллионы лет… Как можно строить прогнозы на столь невероятный срок?

— В этом вопросе я предлагаю руководствоваться принципом «мы не знаем, каким будет будущее, но мы точно знаем, каким оно не будет». Есть примеры материалов и объектов, которым приблизительно столько же лет, на сколько нам надо делать прогнозы. Природный реактор в Окло, месторождение урана Сигар-Лейк, аммониты — все они образовались сотни миллионов лет назад. Исходя из этого мы понимаем, что при определенных условиях — геологии, гидрогеологии, сейсмики и т. д. — в пункте глубинного захоронения (ПГЗРО. — «СР») радиоактивные отходы могут быть надежно изолированы от окружающей среды и человека на миллионы лет. Наша задача — определить, смоделировать и фактически воссоздать эти условия. Мы должны доказать, что все процессы в ПГЗРО будут проходить предсказуемо, заранее просчитанным образом. Количество отходов и условия размещения будут такими, что инженерные и естественные барьеры безопасности удержат радионуклиды. Скорость миграции — такой, что до человека эти радионуклиды либо не дойдут вообще, либо дойдут в объеме ниже допустимого.

Наши объекты просчитываются и на случай маловероятного, теоретически возможного события — например, землетрясения. Есть специальные нормативы, учитывающие не только масштаб воздействия, но и вероятностный фактор. Для обоснования безопасности изоляции РАО проводятся многочисленные расчетные и натурные исследования и эксперименты с обязательными государственными и общественными экспертизами результатов в установленном законодательством порядке.

К этому добавляется научный поиск, новые технологии, которые совершенствуют работу с РАО. Что делать с самыми опасными радиоактивными отходами — минорными актинидами? Надежнее и безопаснее не изолировать и не хранить их тысячи лет, а утилизировать — дожигать. Ученые посчитали и вынесли вердикт: технически это реализуемо и оправданно. Для проверки идеи делаем опытную сборку с минорными актинидами, облучаем ее в реакторе, извлекаем и исследуем. Проверяем, подтвердились расчеты или нет, и если да, то в какой степени.

Чем хороша и одновременно сложна наша отрасль — перед тем как отрезать, все отмеряется не семь, а тысячу раз. Безопасность изоляции высокоактивных РАО с долгоживущими изотопами на тысячи лет мы обязаны подтвердить — так определил Ростехнадзор. Для этого и ведутся исследования и эксперименты с многоуровневой экспертизой результатов.

Запереть радионуклиды в глине

— И все-таки как подтвердить, что безопасность и через несколько веков сохранится?

— Мы посмотрели, есть ли на Земле стойкие к облучению вещества, способные задерживать радионуклиды в течение тысяч лет. Есть. Это некоторые разновидности природной глины. Не те, из которых делают посуду, но все же достаточно распространенные. Мы просчитали на математических моделях их поведение и теперь в многочисленных опытах проверяем, как проявляются их полезные свойства в разных условиях. Несколько лет верифицируем расчетные модели, уточняем и уже после новых расчетов обосновываем перед Ростехнадзором функциональность глины как одного из долговременных барьеров безопасности.

— На каком этапе создание ПГЗРО на участке «Енисейский» в Нижнеканском горном массиве?

— Прежде всего нужно обосновать возможность его размещения, для чего мы сооружаем подземную исследовательскую лабораторию (ПИЛ. — «СР») на глубине 500 м. Строительство ведется с 2016 года и два года назад серьезно активизировалось. Отрабатываются технологии проходки горных массивов. Напомню, что возможность финальной изоляции высокоактивных отходов в этом месте изучают с 1984 года. Проектная документация корректируется, потому что за 10 лет требования государственной экспертизы к таким документам изменились.

Продолжаются сотни исследований. Нужно знать химический состав подземных вод на глубине 500 м, в каком направлении они разгружаются, какова геология, трещиноватость массива горных пород в районе ПИЛ и на значительном расстоянии от нее, как условия на глубине будут влиять на дополнительные инженерные барьеры безопасности.

Уточнен облик самой ПИЛ: теперь она включает два вертикальных ствола, соединенных заглубленной горизонтальной выработкой, в боковых каналах которой разместятся опытные отсеки для исследовательского оборудования и экспериментов.

В ПИЛ предстоит проверить условия изоляции РАО, поведение всех инженерных барьеров безопасности — не только глин, но и разрабатываемых сейчас контейнеров для долговременной изоляции РАО, матриц для иммобилизации радионуклидов.

Изоляция РАО основана на принципе многоэшелонированной защиты, отказ одного или нескольких барьеров учитывается при оценке безопасности. В совокупности геологическая среда и инженерные барьеры должны обеспечить удержание радионуклидов в течение всего периода их потенциальной опасности, даже если произойдет проектная или запроектная, маловероятная авария, включая полное затопление. И только детально обосновав безопасность, мы получим возможность строить ПГЗРО.

— Планы прежние: ПИЛ — в 2031 году, ПГЗРО — в 2040-м?

— Пока продвигаемся в темпе установленных сроков. Испытываем конструкции контейнеров для изоляции РАО I класса, этот этап рассчитываем завершить в 2028 году. Уточняем данные о свойствах остеклованных РАО. По нашей дорожной карте, лаборатория открывается в 2031 году. Результаты исследований в ней покажут, правильно ли мы спланировали следующие сроки. Действующих ПГЗРО в мире пока нет. В других странах ведутся аналогичные работы, исследования и эксперименты.

Операция «Парогенератор»

— Еще одно направление, в котором ни у кого в мире опыта особо нет, — серийный вывод из эксплуатации больших индустриальных установок. Например, блоков АЭС. Эта задача может потребовать быстро нарастить мощности для переработки и финальной изоляции отходов. Готова ли к этому наша система обращения с РАО?

— Резкого роста объемов РАО, обусловленного выводом из эксплуатации АЭС, реакторов промышленного назначения и других индустриальных объектов ядерного наследия, не предвидится. Прежде всего, вывод из эксплуатации энергоблока — процесс не одномоментный. По документам «Росэнергоатома», все стадии вместе занимают два десятка лет.

Сейчас в России остановлены девять блоков, в совокупности сотни тысяч тонн металла. Много это? И да и нет. Благодаря только дезактивации объем сокращается в десятки, а то и сотни раз. Дезактивированный металл можно использовать повторно. Разве что реакторную установку в народное хозяйство не вернуть, ее нужно фрагментировать, упаковать и разместить на финальную изоляцию.

Опыт нескольких проектов вывода из эксплуатации позволяет сформулировать следующую закономерность: на втором объекте мы экономим 15–20 % средств и получаем на 15–20 % меньше РАО по сравнению с пилотным проектом за счет приобретенных знаний и опыта, на третьем объекте — 20–30 %. На четвертом выходим на плато стоимости и трудозатрат.

— Как «СевРАО», филиалу «Радона» в Мурманской области, удалось справиться с тремя старыми парогенераторами Балаковской АЭС меньше чем за год?

— Действительно, многие опасались, что эта работа растянется на годы. А оказалось, что с современными технологиями обращения с металлическими РАО задачи можно решать быстро и качественно. При этом часть металла удалось очистить и направить в повторный оборот. Теперь у персонала «СевРАО» есть реальный опыт работы с этими изделиями. Сейчас там готовят инвестиционный проект — создание установок для переплавки металла объектов, выводимых из эксплуатации. Пока, правда, не все технические вопросы решены — например, как избавиться от наведенной активности металла, определяющейся в основном короткоживущим кобальтом-60.

Курс на масштабное развитие

— Когда в России перестанут накапливаться РАО?

— Мы внимательно анализируем потоки РАО и подводим баланс: сколько образуется, сколько и с какой скоростью направляется на финальную изоляцию, как быстро освобождаются места временного хранения. В Новоуральске, Северске и Озерске построены объекты финальной изоляции для среднеактивных отходов III и IV классов общим объемом 86 тыс. м³. Еще 337 тыс. м³ введем в эксплуатацию в ближайшие 10 лет. Создаваемая нами инфраструктура позволяет с 2035 года начать снижать объем РАО — как новых (среднегодовая прибавка составляет около 17 тыс. м³), так и «наследных».

Но можно и нужно применять новые подходы и эффективные технологии для сокращения объема отходов и перевода их в стабильное состояние до финальной изоляции — к примеру, глубокое упаривание с цементированием, ионоселективная очистка, прессование, переплавка, лазерное сжигание, пиролиз, цементирование, остекловывание. Тогда с накопленными отходами мы справимся быстрее. Эту тактику мы сейчас и реализуем, ведь один из приоритетов государственной политики в области обращения с ОЯТ и РАО — ненакопление. В 2027 году в Сергиево-Посадском филиале «Радона» заработает комплекс по переработке РАО мощностью 3 тыс. м³ в год. На «Маяке» появится комплекс цементирования с установками очистки низкоактивных отходов и переработки высокоактивных и твердых РАО, но это уже в следующем десятилетии.

— Я часто слышу новое слово — «недоРАО». Что это?

— РАО классифицируют по удельной активности. Есть отходы с удельной активностью ниже значений, которое отнесли бы их к РАО. На профессиональном жаргоне это «недоРАО». Нормативная база в отношении их урегулирована не полностью, сейчас этим занимается генеральная инспекция госкорпорации. Параллельно определяются предприятия, которые будут отвечать за безопасное обращение с «недоРАО» в контуре «Росатома». Пока таких отходов немного, но на стадии вывода из эксплуатации индустриальных объектов будет больше. В основном это грунты и строительные отходы. Предстоит решить, что с ними делать: окончательно изолировать на промышленных полигонах, частично использовать в каких-либо ограниченных местах, например в подсыпке при строительстве автодорог или снижать объем при помощи сортировки, сжигания, упаривания, доводя осадок и золу до статуса слабоактивных РАО.

— Ключ к безопасной и чистой атомной энергетике — радиохимия. Где в России перерабатывают ОЯТ?

— На заводе РТ-1 на «Маяке» перерабатывают ОЯТ с 1977 года. В ближайшие 10 лет предполагается масштабная модернизация для кратного увеличения производительности.

Идет подготовка к началу промышленной переработки на Горно-химическом комбинате в Железногорске. Год назад там введен в эксплуатацию второй пусковой комплекс опытно-демонстрационного центра (ОДЦ. — «СР»). Сейчас обкатывают оборудование и осваивают производство, выйти на проектную производительность нужно в 2029 году.

Для реализации планов по развитию атомной энергетики в России требуются более высокие темпы переработки ОЯТ, чем могут обеспечить РТ-1 и ОДЦ даже с учетом выполнения указанных выше задач. Поэтому в рамках комплексной отраслевой программы развития радиохимии предусмотрено строительство завода по переработке ОЯТ в 2035–2040 годах. Ведутся предпроектные работы.

— Помимо радиохимии, приоритетными направлениями развития атомной отрасли являются цифровизация и роботизация. Есть ли в бэкенде собственный взгляд на них?

— Развитие всех этих направлений тесно связано между собой. Развивать радиохимию без роботизации просто невозможно — безопасность людей для нас важнее всего.

Что касается цифровизации, «Росатом» одним из первых в стране согласовал с Главгосэкспертизой проекты вывода из эксплуатации радиационно опасных объектов, подготовленные полностью при помощи цифровых сервисов — в частности, для энергоблоков АЭС, радиохимического и химико-металлургического заводов. Это не дань моде, а необходимость. Цифровой проект позволяет в несколько десятков раз точнее спрогнозировать и длительность производства работ, и объем РАО. А это, в свою очередь, обеспечивает гораздо большую точность планирования реализации проекта и его сметной стоимости. Но и это не все. Разработанные в России программные продукты позволяют дополнить проект тренажерами. Прежде чем выйти на объект, специалист может потренироваться, чтобы досконально знать, где и какое оборудование расположено, как и что с ним делать. И благодаря подготовке выполнит операцию намного быстрее и качественнее.

В роботизации мы используем разные варианты. Там, где подходят готовые решения, с удовольствием задействуем их, чтобы не тратить лишнего. Для работы в сильных радиационных полях сами конструируем оригинальные установки. Технологии работы с некоторыми из них отрабатываем сейчас на промышленных уранграфитовых реакторах. В порядке импортозамещения это весьма полезная деятельность, и с гордостью могу сказать, что отечественные производители делают робототехнические комплексы не хуже импортных.