Обработка и съхранение на радиоактивни отпадъци

Различни аспекти от модерния начин на живот - не само енергетиката, но и различни области на индустрията, селското стопанство, науката и медицината, генерират радиоактивни отпадъци, които трябва да бъдат третирани по определен начин, за да не представляват опасност за населението. Тези отпадъци се класифицират и в съответствие със своята категория се освобождават, обработват се и се опаковат по определен начин, за да бъдат съхранявани временно или погребвани.

В областта на енергетиката в България се генерират РАО както от работата на 5 и 6 блок на АЕЦ Козлодуй, така и от извеждането от експлоатация на 1-4 блок, което към момента представлява една от основните дейности на Държавно предприятие Радиоактивни отпадъци (ДП РАО) и във връзка с което се осъществява обмяна на опит с проекти за извеждане от експлоатация на ядрени блокове в Германия и Словакия. Предприятието се занимава още с управлението на ПХ РАО - Нови хан, както и изграждащото се в момента НХ РАО на площадка Радиана.

Текст: списание Енергия

Радиоактивен отпадък (РАО) се нарича радиоактивно вещество, чието използване вече не се предвижда, както и радиоактивен източник, чийто срок за безопасна експлоатация е изтекъл. РАО се контролират от Агенцията за ядрено регулиране (АЯР) съгласно Закона за безопасно използване на ядрената енергия,  В резултат на поддръжката, експлоатацията и ремонта на ядрените съоръжения, АЕЦ генерират твърди РАО, сред които оборудване, защитни дрехи, метали, строителни и изолационни материали. Те се третират чрез пресоване, циментиране, остъкляване и изгаряне. При експлоатацията на ядрени съоръжения се генерират също течни РАО - водни разтвори, суспензии, концентрати и масла, при чието третиране се прилагат изпарение, филтрация, йонообмен, циментиране, остъкляване.

РАО се генерират не само от ядрената енергетика, но също и в най-различни други области, необходими за съвременния начин на живот - в медицината при терапевтични и диагностични практики, в селското стопанство при обеззаразяване на земеделски култури или при селекция на нови сортове, в промишлеността - от различни измервателни уреди, неутрализатори на статично електричество в различни индустрии, в науката, по специално от радиобиологията, радиохимията, различни аналитичните практики, дори в бита - от пожароизвестителни йонизационни датчици. РАО от ядрената енергетика се обработват и съхраняват в Специализирано поделение (СП) РАО - Козлодуй, СП Извеждане от експлоатация 1-4 блок, а след изграждането му ще бъдат съхранявани и в Национално хранилище (НХ) РАО. В ПХ РАО - Нови хан се управляват РАО от други дейности.

РАО се преработват, за да бъдат приведени във форма, което е достатъчно твърда и неразтворима, така че да е подходяща за последващото им погребване. През 2017 г. официално започва изграждането на Националното хранилище, а през 2018 г. на площадката на АЕЦ Козлодуй влиза в експлоатация ново Съоръжение за плазмено изгаряне (СПИ). То е изградено от международен консорциум, като технологията е усъвършенствана в България. Също така е въведен в експлоатация Цех за намаляване на размерите и дезактивация (ЦНРД) на материалите, чието предназначение е да дезактивира материалите до такива нива, че тези РАО да бъдат кандидати за освобождаване от регулиране. ДП РАО си сътрудничи с Министерството на енергетиката на САЩ, 5 пъти е домакин на семинари и на технически срещи на Международната агенция за атомна енергия (МААЕ), осъществява 12 проекта с Института за радиоактивни елементи на Белгия.

Класификация на РАО

България има дългогодишен опит в управлението на радиоактивните отпадъци. Началото му е през 60-те години на миналия век, когато тази дейност засяга институционални радиоактивни отпадъци, а от 70-те години започват да се обработват РАО от първите блокове на АЕЦ Козлодуй. Към момента АЯР е заета с дейности по регулацията на ядрената безопасност и радиационната защита в 14 ядрени съоръжения и в над 2000 други обекта, които имат източници на йонизиращи лъчения. Националната стратегия за управление на ОЯГ (отработено ядрено гориво) и РАО се прилага за всички видове РАО и за всички етапи от генерирането до погребването им. Стратегията периодично се актуализира спрямо техническият и научният напредък, както се взима предвид и опитът на партньорски проекти.

Наредбата за безопасност при управление на радиоактивните отпадъци въвежда класификация на твърдите РАО на категории и подкатегории и целта ѝ е безопасното им дългосрочно управление и погребване. Категория 1 включва РАО, съдържащи радионуклиди с ниска активност, за които не се изискват мерки за радиационна защита или не е необходимо високо ниво на изолиране и задържане. Те се подразделят на категория 1a, с нива за освобождаване от регулиране по ЗБИЯЕ и съответно подлежат на незабавно освобождаване. Категория 1б включва краткоживеещи отпадъци, съдържащи предимно радионуклиди с кратък период на полуразпадане - не повече от 100 дни. Тяхната активност намалява под нивата за освобождаване от регулиране по ЗБИЯЕ в резултат на подходящо съхраняване за ограничен период от време, обикновено не повече от няколко години и те подлежат на освобождаване след съхранение.

Към категория 1в спадат нискоактивни отпадъци с нива на специфичната активност, които минимално превишават нивата за освобождаване от регулиране по ЗБИЯЕ и с много ниско съдържание на дългоживеещи радионуклиди, които представляват ограничен радиологичен риск. За тези РАО не се изискват специфични мерки за радиационна защита или за изолиране и задържане. Те подлежат на условно освобождаване. Категория 2 обхваща ниско- и средноактивни отпадъци, които изискват мерки за надеждно изолиране и задържане, но не и специални мерки за отвеждане на топлоотделянето при съхраняване и погребване. Тази категория се подразделя допълнително на категория 2a - ниско- и средноактивни отпадъци, съдържащи предимно краткоживеещи радионуклиди или, дългоживеещи радионуклиди на значително по-ниски нива на активност.  При тях се извършва приповърхностно погребване.  За такива РАО се изискват надеждно изолиране и задържане за период до няколкостотин години.

Ниско- и средноактивните отпадъци от категория 2б съдържат дългоживеещи радионуклиди при нива на активността на дълго живеещите алфа-емитери, надвишаваща границите за категория 2a. Те подлежат на дълбоко геоложко погребване или сондажно погребване. Категория 3 съдържа високоактивни отпадъци с такава концентрация на радионуклидите, при която при съхраняване и погребване трябва да се вземе предвид топлоотделянето. За тях е необходима по-висока степен на изолиране и задържане в сравнение с ниско- и средноактивните отпадъци и това се постига чрез погребване в дълбоки и стабилни геоложки формации. Класификацията се прилага и за течните и газообразните РАО в зависимост от характеристиките на твърдите РАО, които се очаква да бъдат получени след кондициониране, което представлява разполагане на един или повече радиоактивни източници в капсула от неръждаема стомана, която се заварява. Контейнеризирането, или опаковането, се състои в разполагането на тази заварена капсула в контейнер за погребване от неръждаема стомана с циментова защита отвътре.

Сондажно погребване

Съществена част от инвентара на ПХ РАО - Нови хан се състои от отработени закрити радиоактивни източници (ОЗРИ), които са подходящи за сондажно погребване. Планът за действие към Актуализираната стратегия за управление на ОЯГ и РАО предвижда реалните дейности по извеждането от експлоатация на СП ПХ РАО - Нови хан да започнат през 2025 г. и ДП РАО проучва възможността за прилагане на сондажно погребване. През 2016 г. експертна мисия на МААЕ е заключила, че няма изключващи фактори за неговото прилагане в България, а през 2019 г. започва координиран изследователски проект на МААЕ - Стандартизирана рамка за сондажно погребване, в който участват ДП РАО и АЯР.

Основните характеристики на сондажното погребване са малък обем и високата концентрация на активностите на погребваните РАО. ОЗРИ са разположени в структура, защитена както от неблагоприятни природни явления, така и от умишлени и случайни действия на отделни хора, обществени вълнения и нестабилност. При този подход е осигурена безопасност през експлоатационния и следексплоатационния период. Предимствата на този метод са ниските разходи и ниските дози на облъчване на персонала и населението. В допълнение към това, освен че отговаря на изискванията за безопасност, при него отпечатъкът на повърхността след затварянето на хранилището е малък, а и самите изкопни работи също са малки по-обем, в резултат на което има и по-малко въздействие върху околната среда. Този начин на погребване е също икономически изгоден в сравнение с другите възможности

Съхраняването е междинна стъпка между капсулирането, разполагането в контейнерите и погребването, като е възможно съхраняване на подготвените капсули или в контейнери за съхранение, или направо в контейнерите за погребване. Погребването в един сондаж се провежда в рамките на един цикъл за кратко време, като контейнерите се разполагат в сондажа с кран, а пространството между тях се запълва с циментов разтвор. Погребването на ОЗРИ първа и втора категория категория се извършва в мобилна гореща камера, която е поставена върху отвора на сондажа.

В България има условия, които благоприятстват сондажното погребване. В продължение на повече от 40 г. са проведени задълбочени и систематични геоложки и хидрогеоложки проучвания, резултатите от които имат отношение към избора на площадка за приповърхностно погребване и за дълбоко геоложко хранилище, към които може да се добави натрупания опит по време на наскоро приключилия процес избор на площадка за НХРАО. Поради малката инфраструктура, разположена на повърхността на площадката за сондажно погребване, тя би могла да се разположи на площадката на друго ядрено съоръжение. При сондажното погребване ще бъдат от полза квалифицирания персонал, инфраструктурата и оборудване за управление на ОЗРИ, включително Гореща камера за характеризиране, капсулиране и контейнеризиране на радиоактивни източници, налични в СП ПХРАО - Нови хан.

Демонтаж и дезактивиране на 1-4 блок на АЕЦ Козлодуй

Дейностите на ДП РАО, една от които е извеждането от експлоатация на 1-4 блок на АЕЦ Козлодуй, се финансират от Фонд Радиоактивни отпадъци (ФРАО) към Министъра на енергетиката, Фонд за извеждане от експлоатация на ядрени съоръжения (ФИЕЯС) към Министъра на енергетиката, Международен фонд Козлодуй за подпомагане на извеждането от експлоатация, създаден от ЕК и управляван от Европейската банка за възстановяване и развитие (ЕБВР).

При извеждането от експлоатация възникват някои предизвикателства. Крайният срок за завършване на Програмата за извеждане от експлоатация е съкратен от 2037 г., до 2030 г. и то при положение, че едновременно се извеждат от експлоатация 4 блока. Технически трудности възникват поради това, че на площадката се намират блокове в експлоатация, а има и общостанционни системи, оставащи в експлоатация. Налага се адаптиране на инфраструктурата в такава за целите на извеждане от експлоатация, като извършваните дейности се осъществява с бивш оперативен персонал.

Целият процес включва дейности преди извеждането от експлоатация, дейности по спиране на съоръженията, демонтажни дейности във и извън контролираната зона, преработване, съхранение и погребване на отпадъци. От март 2018 г. до момента, повече от 500t радиоактивни материали (РАМ) са фрагментирани и дезактивирани в ЦНРД, над 95% от тях са покрили нивата за безусловно освобождаване от регулиране. В процеса на работа е установено, че дезактивацията с машината за сухо бластиране дава много добри резултати и генерира малко количество вторични РАО, а дезактивацията в блока за химична дезактивация (БХД) до този момент не дава добри резултати и генерира много вторични течни РАО. Първата 20-седмична експлоатационна кампания на Съоръжението за плазмено изгаряне (СПИ) започва през ноември 2018 г., като при нея са третирани повече от 40t отпадъци. Успешното є завършване показва икономическите ползи от използването на СПИ в сравнение с другите подходи.

След демонтажа посредством радиологични измервания се определят три основни потока материали. Поток R-I съдържа кандидати за освобождаване от регулиране, поток R-II подлежат на последваща дезактивация с ЦНРД, а материалите от поток R-III се насочват към РАО СПИ, СП РАО-Козлодуй или СП НХ РАО. Процеса по извеждане от експлоатация се подобрява благодарение на участието на експерти от ДП РАО в семинари за обмяна на опит и знания с Бохунице и Игналина и такива, организирани от МААЕ.

Първоначалният план за ИЕ е разработен, като е използван опита на Грейфсвалд, а опитът на JAVYS (Бохунице) ще помогне на ДП РАО да минимизира облъчването с източници на йонизиращо лъчение, времето за изпълнение и разходите, свързани с дезактивация на първи контур, затова се планирана доставка на същото оборудване, използвано в Бохунице. Целта на дезактивацията на първи контур е да се намали мощността на еквивалентната доза, защото по-ниската мощност на дозата води до намаляване на дозовото натоварване на работниците. Така също не се налага използване на сложни и скъпи уреди за дистанционен демонтаж. Проектът за демонтаж на първи контур и неговите компоненти включва демонтаж и фрагментиране на едрогабаритно оборудване, което след това ще бъде поставено в контейнери за съхранение.

ПХ РАО - Нови хан

СП ПХРАО - Нови хан се присъединява към ДП РАО през 2006 г., а през 2012 г. се създава СП НХРАО. Съгласно плана за действие към стратегията за управление на ОЯГ и РАО, след 2025 г. трябва да започнат същинските дейности по извеждането от експлоатация на СП ПХРАО - Нови хан. Те могат да се извършват поетапно, защото обектите на площадката на СП ПХРАО - Нови хан са относително независими по отношение на разположението си, физическата, радиационната защита и мониторинга. Първият етап, който ще продължи до 2025 г., включва подготвителни дейности, чрез които трябва да се осигурят подходящите условия за започването на реалните дейности.

Втори етап включва вече същинските дейности, а от 2030 г. трябва да започне осъществяването на трети етап, който се състои във възстановяването на освободените площадки. Прилаганата стратегия взима предвид наличните ресурси, законодателната уредба в тази област, както и интересите на заинтересованите страни, като във връзка с последното се провеждат публични дискусии. Извеждането от експлоатация ще се извършва чрез извличане на РАО и ОЗРИ от надземните и подземните хранилищни единици, с последващо сортиране, характеризиране, преработка, преопаковане, временно съхранение и превоз до съоръженията за дългосрочно съхраняване или погребване.

След демонтажа на подземните съоръжения ще бъде извършено радиационно обследване и възстановяване на освободените площадки. Предстои разработване на технически решения за извличане на РАО, нови технологични редове за демонтаж на ОЗРИ, нови методи за обработка, кондициониране, преопаковане на РАО и др. Дейностите от подготвителния етап за извеждане от експлоатация включват извличане и управление на надземно разположени РАО, изпълнение на програма за освобождаване на РАО от Площадка №4 и превоз в СП РАО - Козлодуй. Използва се гама-сканиращата система, за да се идентифицират и да се направи количествена оценка на гама-емитери в опаковки с РАО. След приключване на измерванията на варелите с РАО, те се сортират по различни признаци, данните за които присъстват на етикетите на опаковките, които са с различен цвят в зависимост от активността. Извършен е преглед на историческата документация за превоза, както и на оперативни записи и чертежи, а в допълнение към съществуващата електронна база данни е създадена и такава за приетите РАО до 2000 г.

Извършена е предварителна оценка на състоянието на историческите съоръжения за погребване на РАО. През 2018 г. е извършено геофизично обследване на подземни конструкции в контролираната зона, а радиологичното обследване на Площадка №4 е част от подготвителните дейности преди да бъде извършена реконструкцията ѝ в съоръжение със спомагателни и обслужващи дейности при предстоящите дейности, свързани с управление на РАО. С цел изготвянето на стратегия и план за измерване и извличане на проби е направен преглед на историческите данни и записи от експлоатацията, в резултат на което радиологичното обследване е планирано и извършено на три етапа.

Други дейности от подготвителния етап включват разработване на нови технологии за демонтаж, обработка и кондициониране на ОЗРИ, избор и доставка на опаковки за различните видове РАО и ОЗРИ съгласно крайната точка на тяхното управление, разработване на технологии за извличане на твърди RAO, биологични отпадъци и ОЗРИ и демонтаж на подземни хранилища, подготовка (включително реконструкция) на временна площадка за РАО, която е необходима при извеждане от експлоатация на историческите хранилища, проектиране на специални съоръжения, оборудване и инструменти, необходими за извличане на РАО и демонтаж на подземни конструкции.

Национално хранилище за РАО

Националното хранилище за РАО има за предназначение да осигури безопасно погребване на РАО категория 2а от източници като експлоатация и извеждане от експлоатация на АЕЦ Козлодуй, на нова ядрена мощност, използване на радиоактивни източници в медицината, индустрията, селското стопанство, научни изследвания. Хранилището се изгражда на площадка Радиана намираща се в двукилометровата зона с контролиран достъп на АЕЦ Козлодуй. Площадката е избрана със специална процедура, като хранилището ще представлява многобариерно инженерно съоръжение траншеен тип, в което ще са разположени 66 броя клетки върху 3 еднакви платформи, всяка с 22 клетки. РАО ще бъдат опаковани в стоманобетонни контейнери. Хранилището се разполага на дълбочина 35m под повърхността на терена и заляга върху плиоценските глини, като се изгражда масивна 5-метрова льосоциментна възглавница и ще има подвижен защитен покрив.

Отпадъците ще се разполагат в 4 реда, които ще се изграждат последователно, следвайки определен технологичен ред в зависимост от масата на опаковката и радиационните є характеристики. Системата за контрол на инфилтрата е проектирана така, че да улавя водата, която евентуално може да проникне в клетката за погребване. НХРАО се изгражда във високата тераса на река Дунав, като в обсега на площадката са извършени множество проучвателни сондажи. Изборът на местоположение на НХ РАО е извършен въз основа на систематизиране и анализиране на цялата налична информация, имаща отношение към формирането, динамиката, количествените и качествени характеристики на подземните и повърхностни води за района, така че да се гарантира безопасността на съоръжението.