В Красноярском крае, в непосредственной близости от Железногорска, в гнейсовых породах Нижнеканского массива планируется разместить так называемую НКМ-лабораторию, а фактически - пункт глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО) 1-го и 2-го классов.
Спрятать РАО в гнейсах
Гнейс (от нем. Gneis) — метаморфическая горная порода, состоящая преимущественно из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклаза и темноцветных минералов (пироксенов, роговой обманки, слюд) и характеризующаяся параллельно-сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой и гранобластовыми, порфиробластовыми и пойкилобластовыми структурами.
Гнейсы практически не имеют воды. Открытая пористость гнейсов составляет всего 0,35%. Если нет воды – значит, и нет среды, которая может переносить радиоактивные вещества. Прочность сопротивления – в среднем около 100 мегапаскалей, что соответствует 1000 атмосфер. Это критическая точка, когда гнейс может подвергнуться разрушению. Однако такое напряжение в земных недрах возникает крайне редко. Для сравнения: естественное напряженное состояние грунтов в Нижнеканском массиве Южно-Енисейского кряжа – около 20 мегапаскалей.
По химическому и минеральному составу гнейсы близки к гранитам, однако прочнее в 1,5-2 раза благодаря мелкозернистости породы, а значит, более прочной связи между минералами. В отличие от гранитов гнейсы имеют более высокую упругость, и в случае землетрясения гранит непременно лопнет, а с гнейсом, по мнению ученых, такое вряд ли может произойти.
Гнейсовые породы образовались в архейскую эру от 2,6 до 3,2 миллиардов лет назад. Возраст Земли – время с момента образования планеты – составляет около 5 миллиардов лет.
Ученые изучают гнейсы уже более 100 лет и относят их к так называемым древним метаморфическим комплексам. Подземная исследовательская лаборатория будет располагаться именно в данной породе.
Чем глубже, тем лучше
В 2018 году госкорпорация «Росатом» утвердила стратегию создания пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО) 1-го и 2-го классов в Нижнеканском скальном массиве (НКМ) в рамках федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016-2020 годы и на период до 2030 года» (ФЦП ЯРБ-2). Возможность размещения пункта, прежде всего, зависит от геологических условий. Площадка вблизи г. Железногорск признана подходящей как с геологической точки зрения, так и по совокупности других факторов, влияющих, в том числе, на безопасность объекта в целом.
Представители Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН (ИБРАЭ РАН) посетили «Железногорский» филиал ФГУП «НО РАО». В состав делегации вошли заведующий отделением анализа долгосрочных рисков в сфере обеспечения ядерной и радиационной безопасности института, доктор технических наук Сергей Уткин, начальник лаборатории института, доктор технических наук Владимир Гупало и старший научный сотрудник ИБРАЭ РАН, кандидат технических наук Дмитрий Озёрский.
Вместе с коллегами из филиала «Железногорский» представители Российской академии наук провели выездную рабочую встречу на территории полигона «Северный», а также осмотрели вентиляционный, вспомогательный, технологический стволы на участке Енисейский (строительная площадка НКМ-лаборатории). В ходе поездки эксперты отметили значимость получения информации о массиве пород для оценок долговременной безопасности подземной лаборатории, обсудили вопросы совмещения исследовательских работ по детализации геолого-структурного строения участка размещения и развития систем наблюдения в зонах потенциального воздействия объектов НО РАО.
Безопасный атом
В ближайшие несколько лет учёные института совместно с экспертами Национального оператора планируют выполнение геологоразведочных работ, в том числе эксплуатационную разведку в ходе выработок подземной исследовательской лаборатории.
Сооружение исследовательской лаборатории в настоящее время находится на подготовительной стадии: площадка и инфраструктура готовятся к старту проходческих работ. Организованы сети геодинамического мониторинга (наблюдений современных движений земной коры), сейсмический мониторинг, метеонаблюдения и режимные водобалансовые наблюдения.
В НКМ-лаборатории под Красноярском (названной по месту расположения в Нижнеканском скальном массиве) будут всесторонне изучаться свойства пород на глубине 450–525 м – чтобы ответить на вопрос, безопасным ли будет размещение в толще скалы радиоактивных отходов 1 и 2 классов, то есть долгоживущих отходов работы атомных станций и оборонных производств. После исследований будут проведены прогнозные расчеты.
Проект начинался в 1980-е годы, изначально в Железногорске предполагалось строительство хранилища для Горно-химического комбината. После начали планировать размещение здесь и других РАО. Консенсус по вопросу о том, что финальная изоляция радиоактивных отходов в глубоких геологических формациях – это самый надежный способ, сформировался примерно в середине 1980-х годов.
Но прежде чем организовать такого рода искусственное хранилище, надо изучить предполагаемые места их размещения и убедиться, что они для этого подходят. Для этого сначала на месте будущего глубинного ПЗРО построят подземную исследовательскую лабораторию (ПИЛ).
Созданием пунктов захоронения РАО (ПЗРО) с 2011 года занимается специальная организация — Национальный оператор по обращению с РАО. Уже введен в строй первый пункт ПЗРО в Новоуральске, строятся еще несколько пунктов вблизи мест образования и временного хранения РАО (В Озерске, Северске и др). Но все эти ПЗРО рассчитаны на РАО 3 и 4 классов – средне- и низкоактивные отходы. Для них достаточно создать приповерхностные хранилища, в которых радионуклиды распадутся естественным образом за 400-500 лет.
А как быть с отходами 1 и 2 классов, которые будут распадаться еще тысячи и миллионы лет? Для них нужно построить такое хранилище, которое позволит локализовать РАО в одном месте в течение столь длительного срока. Но у человечества попросту нет опыта строительства объектов с таким гигантским горизонтом времени.
Поэтому в поисках надежного варианта проектировщики обратили внимание на подземные геологические породы, сохраняющиеся в неизменном виде миллиарды лет.
Ядерный реактор возрастом 2 миллиарда лет
Сама природа дала атомщиком подсказку, что такой способ захоронения РАО в принципе реализуем. В Африке вблизи экватора около 1 млрд 800 млн лет назад, когда на нашей планете только появились первые многоклеточные организмы, работал самый настоящий ядерный реактор, Сейчас это место известно как урановое месторождение Окло в Габоне. Цепная реакция привела к образованию того же типа радиоактивных отходов, как и в искусственных ядерных реакторах. Исследования показали, что большинство продуктов деления, а также плутоний, переместились не более чем на 1,8 м от того места, где они сформировались 2 млрд лет назад.
Анализ актиноидов указывает на то, что естественный реактор работал в режиме медленного кипения на протяжении 600 тысяч лет, в результате образовалось около 6 тонн продуктов деления и 2,5 тонны плутония. За все время существования природная «атомная станция» выработала примерно 13 млн кВт/ч. Её мощность была всего 25 кВт: в 200 раз меньше, чем у первой в мире АЭС, давшей в 1954 году электроэнергию подмосковному городу Обнинску. Но энергия природного реактора не расходовалась впустую: по некоторым гипотезам, именно распад радиоактивных элементов снабжал энергией разогревающуюся Землю, а радиация стала причиной мутаций живых существ и привела к скачку в эволюции органической материи. Таким образом, зарождение и развитие жизни могло быть связано с влиянием радиоактивности, а «патент» на изобретение АЭС принадлежит вовсе не людям, а природе.
