Первое в мире глубинное хранилище высокоактивных отходов готово к работе

В августе Центр радиационной и ядерной безопасности Финляндии (STUK) выдал разрешение на эксплуатацию комплекса «Онкало». Первое и пока единственное в мире глубинное хранилище высокоактивных отходов (ВАО) расположено рядом с АЭС «Олкилуото», примерно в 240 км от Хельсинки. Скважины для капсул с ВАО уже бурят. За этой работой стоят более 40 лет подготовки, а впереди — минимум 100 тыс. лет эксплуатации.

Не в космос, а в недра

Период потенциальной опасности ВАО исчисляется сотнями тысяч лет. Международное экспертное сообщество давно искало консенсус в вопросе их изоляции. Обсуждали разные идеи, вплоть до отправки в космос, захоронения в ледниковом щите и т. п. В итоге пришли к соглашению, что самый безопасный способ с более-менее предсказуемыми последствиями — изоляция в глубинных геологических формациях.

Аргументом в пользу такого выбора служат естественные «хранилища ВАО». Например, урановое месторождение Сигар-Лейк в провинции Саскачеван в Канаде. Оно расположено на глубине 450 м: снизу коренная скальная порода, сверху слои песчаника, кварца и глины. Месторождению больше миллиарда лет — и никаких следов радиоактивности на поверхности. Или урановое месторождение Окло в Габоне (Африка), где находится единственный на Земле природный ядерный реактор. В запуске самопроизвольной цепной реакции участвовали и грунтовые воды, но, несмотря на естественное выгорание около 5 т урана-235, был зафиксирован лишь минимальный перенос радиоактивных изотопов в земной коре. То есть глубинные геологические хранилища, созданные самой природой, изолируют опасные вещества от кипящей на поверхности Земли жизни. Человеку осталось лишь повторить за природой.

Деньги на проект

В 1978 году правительство Финляндии приняло стратегическое решение: всю ответственность за утилизацию ВАО, к которым относится отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), возложили на операторов атомных станций. Их обязали перечислять средства в государственный фонд ядерных отходов, чтобы гарантировать стабильное и независимое от федерального бюджета финансирование исследований и строительства хранилищ.

До того необходимости самим разбираться с ОЯТ у финнов не было. Первый в стране атомный энергоблок ввели в эксплуатацию в 1977 году, на АЭС «Ловииса». Станцию строили при содействии СССР, и по соглашению советская сторона забирала топливо с этой АЭС на переработку. Его везли на Урал, на комбинат «Маяк». К слову, схема действовала вплоть до 1996 года, когда Финляндия законодательно запретила экспорт и импорт ядерных отходов.

Что сподвигло власти задуматься о судьбе ОЯТ? В 1978 году к сети подключили блок № 1 АЭС «Олкилуото», построенный американцами.

Три ступени безопасности

В конце 1970-х финские ученые начали поиск технологии изоляции ВАО. Обратились к разработке соседей — шведской национальной компании по обращению с радиоактивными отходами SKB. Суть ее метода под названием KBS-3 — трехступенчатая система защитных барьеров. Топливо из мест временного хранения поступает в цех, находящийся над глубинным хранилищем. С помощью роботизированных систем топливо извлекают из старых контейнеров и упаковывают в новые — чугунные, которые упаковывают в медные капсулы. Прослойку между двумя оболочками заполняют инертным газом. Считается, что такой блок практически не подвержен коррозии. Капсулы помещают в пробуренные в хранилище скважины, скважины запечатывают бентонитом (водонепроницаемым глинистым материалом) и цементом.

Объект «Онкало», что переводится с финского как «ущелье», «нора», и его аналоги обещают быть надежнее, чем Сигар-Лейк и Окло. Там выходу радиоактивных веществ на поверхность мешают природные барьеры, здесь же, помимо гранита, есть дополнительные «рубежи» — бентонит, цемент, двухслойный контейнер и 500 м грунта, отделяющие хранилище от поверхности. По расчетам, в этой системе риск чрезвычайных ситуаций и экологической катастрофы сведен практически к нулю.

Сошлись в одной точке

Проект хранилища по технологии KBS-3 представили в Швеции в 1988 году. К тому времени финны уже вели геологическое исследование и подбирали место для аналогичного объекта. Принципиальными условиями были наличие гранитных пород возрастом 1,5–1,8 млрд лет, отсутствие тектонических разломов и полезных ископаемых, минимальная пористость камня и крайне медленная циркуляция грунтовых вод.

На территории Финляндии ученые отметили более 100 потенциально пригодных зон. На первом этапе исключили тектонически нестабильные и труднодоступные. На втором этапе отсеялись районы, власти которых выступили против. По федеральному закону нельзя строить ядерный объект без согласия местной администрации.

В 1993 году сформировался шорт-лист. В него вошли площадки двух действующих АЭС — «Олкилуото» на одноименном острове и «Ловииса» на острове Хястхолмен, а также два скальных массива — Вейтсиваара и Ромуваара. Жители окрестностей Ромуваара приняли идею строительства в штыки, а в общине Эурайоки, на территориях которой находится АЭС «Олкилуото», наоборот, поддержали. Но взамен выставили жесткие экономические условия. Проект «Онкало» уже принес огромные налоги и корпоративные сборы в местный бюджет, за счет чего на острове построили новые школы, бесплатные спортивные комплексы. Кроме того, строительство и эксплуатация хранилища гарантируют сотни высокооплачиваемых рабочих мест для местного населения.

Пора углубляться

Площадка «Онкало» была утверждена в 2000 году. Исследования там продолжались до 2015 года. Posiva, совместное предприятие операторов АЭС Fortum и Teollisuuden Voima, созданное для строительства и обслуживания хранилища, детально изучало скальную породу. В монолитном граните, возраст которого, по оценкам ученых, составляет 1,9 млрд лет, была вырублена лаборатория. В дальнейшем ее расширили — эта полость и стала основой хранилища. К 2022 году там проложили первые пять тоннелей общей протяженностью 1,7 тыс. м. Горизонтальные и наклонные коридоры предназначены для проезда тяжелой техники, доставки капсул с ВАО и вентиляции. Таких тоннелей будет около сотни.

В 2022 году приступили к бурению тестовых скважин — вертикальных цилиндрических отверстий диаметром 1,75 м и глубиной 8 м. Бурение одной скважины занимает до 10 часов. Работа требует ювелирной точности: центральная точка скважины не должна отклоняться от вертикальной оси более чем на 25 мм. Строители используют немецкий роботизированный станок Deposition Hole Boring Machine, сконструированный специально под эту задачу в Herrenknecht. Компания специализируется на тоннелепроходческой технике.

Чтобы хранилище оставалось герметичным, нужно особенно тщательно следить за гладкостью стен: малейший дефект в гранитном монолите может повлечь за собой растрескивание породы. Поэтому тестовые скважины прошли трехмерное сканирование. Затем Posiva провела комплексный сквозной тест всей цепочки: манипуляторы доставили с АЭС «Олкилуото» имитаторы капсул, на наземной упаковочной фабрике их проверили на герметичность, спустили на глубину, установили в скважины и обложили бентонитом.

Испытания завершились успехом, и в августе этого года STUK выдал разрешение на эксплуатацию хранилища. Правительство готовит документы для лицензирования. Строители уже приступили к бурению скважин для настоящего топлива. Как только лицензия будет получена, репозиторий примет первую партию ОЯТ. Предположительно, это произойдет в конце 2026 — начале 2027 года.

Согласно расчетам Posiva, «Онкало» обеспечит безопасное хранение 6,5 т урана в течение минимум 100 тыс. лет.

Кстати

Выбранный для строительства «Онкало» кристаллический фундамент скальной породы принадлежит к так называемому Балтийскому (Фенноскандинавскому) щиту, сформированному задолго до появления сложной жизни на Земле. Расчеты показывают, что этот монолит выдержит колоссальное давление ледников, которые могут покрыть Скандинавию в ближайшие 100 тыс. лет.