Страны с развитой ядерной энергетикой активно разрабатывают стратегии безопасного окончательного удаления радиоактивных отходов (РАО), которое является завершающим этапом ядерного топливного цикла (ЯТЦ). Ключевой принцип, лежащий в основе этих стратегий, — создание системы многобарьерной изоляции. Эта система предназначена для предотвращения попадания опасных материалов в биосферу на протяжении сотен тысяч лет, что соответствует периоду их потенциальной угрозы.
Первый барьер: матрица для иммобилизации отходов
Основным и наиболее важным барьером является сама матрица, в которую заключаются радиоактивные отходы. Эта подготовленная композиция должна обладать не только высокой термической и радиационной стойкостью, но и крайне низкой способностью к выщелачиванию подземными водами. Для стеклоподобных материалов, например, достигнуты следующие показатели скорости выщелачивания: для цезия (Cs) и стронция (Sr) — от 10-4 до 10-6 г/(см²·сут), для редкоземельных элементов (РЗЭ) — от 10-7 до 10-8 г/(см²·сут), а для альфа-излучателей — менее 10-8 г/(см²·сут). Стоит отметить, что минералоподобные материалы, как правило, демонстрируют на несколько порядков более высокую химическую стойкость.
Второй барьер: защитная капсула или контейнер
Вторым уровнем защиты служит материал капсулы или контейнера. В качестве вариантов рассматриваются коррозионно-стойкие стали. Интересен шведский подход, где в качестве конструкционного материала выбрана медь. Это решение основано на аргументе, что медь в бескислородной среде не подвержена коррозионному разрушению подземными водами в течение как минимум 100 000 лет.
Третий и четвертый барьеры: искусственная и природная оболочка
Третий барьер представляет собой искусственную защитную оболочку, созданную на основе природных материалов. Часто для этой цели используется бентонитовая глина, которая обладает высокой набухающей способностью и эффективно препятствует миграции радионуклидов.
Четвертый, и окончательный, барьер — это сама геологическая формация, выбранная для размещения захоронения. Предпочтение отдается стабильным породам с низкой трещиноватостью и водопроницаемостью, таким как граниты или кремнийсодержащие вулканические породы.
Глубинное захоронение и международный опыт
Изолированные РАО планируется размещать в глубинных могильниках, на глубинах в сотни метров, в геологических слоях с минимальной подвижностью подземных вод. Принципиальные решения по подземному захоронению высокоактивных отходов (ВАО), включая как переработанное, так и непереработанное отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), активно прорабатываются, например, в Германии. Немецкий проект привязан к глубинным (около 900 м) соляным куполам в районе Горлебена. Однако практическая реализация таких технологий в странах вроде США и Германии не ожидалась ранее 2010-х годов, а уже построенные сооружения зачастую используются лишь для промежуточного хранения.
Перспективы в России и экономические аспекты
В России для отработки и обоснования технологии захоронения отвержденных ВАО в начале XXI века планировалось создание на Южном Урале опытного полигона и подземной исследовательской лаборатории. Экономическая сторона вопроса остается сложной: стоимость услуг по окончательному захоронению ВАО оценивается весьма неопределенно, с большим разбросом — примерно от 90 до 580 евро за килограмм переработанного ядерного топлива.