Исследована сорбция радионуклидов в горных породах, имитирующих среду глубинного захоронения радиоактивных отходов

21.10.2024



Сотрудники лаборатории радиохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН изучили сорбцию радионуклидов 137Cs (цезий), 239Pu (плутоний) и 237Np (нептуний) на горных породах Нижнеканского массива — участка «Енисейский», — в условиях, имитирующих среду глубинного захоронения радиоактивных отходов. Получены параметры, характеризующие сорбционные свойства пород по отношению к исследованным радионуклидам в условиях влияния повышенных температур среды.

Кроме того, рассмотрено влияние катионов калия и магния, которые могут присутствовать в растворах при контакте магний-калий-фосфатного компаунда, разработанного в ГЕОХИ РАН для надёжной изоляции радиоактивных отходов, с подземной водой. Результаты исследования опубликованы в журнале «Атомная энергия».

Исследование миграции радионуклидов в среде вмещающих пород является ключевым фактором для обоснования безопасности глубинного захоронения радиоактивных отходов. В России в качестве объекта изоляции радиоактивных отходов выбран участок «Енисейский» Нижнеканского массива (Красноярский край). Одним из основных процессов, контролирующих миграцию радионуклидов, является их сорбция минеральными фазами вмещающих пород.

Исследована сорбция радионуклидов в горных породах, имитирующих среду глубинного захоронения радиоактивных отходов 1-1.jpg (jpg, 35 Kб)

Сорбционные свойства вмещающих пород были изучены на примере природного цельного образца породы с участка «Енисейский», поверхность которого контактировала с растворами, содержащими радионуклиды.

Установлены количественные параметры сорбции 137Cs, 239Pu и 237Np на породах в зависимости от температуры и ионной силы растворов после выщелачивания магний-калий-фосфатного компаунда, разработанного в ГЕОХИ РАН для отверждения радиоактивных отходов разного типа. В работе установлены различия во влиянии катионов К+ и Mg2+ на сорбцию цезия на породе. Показано, что с увеличением температуры эффективность сорбции 239Pu и 237Np на породе увеличивается, тогда как сорбция 137Cs практически не изменяется.

«Полученные результаты имеют важное значение для оценки долгосрочной безопасности глубинного захоронения радиоактивных отходов и разработки мер по минимизации миграции радионуклидов в окружающую среду»,— прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН кандидат химических наук Анастасия Родионова.

Исследования проведены при финансовой поддержке РНФ.

Анастасия Родионова ответила на вопросы «Ъ-Науки»:

— Какие бывают радиоактивные отходы?

— Радиоактивные отходы бывают разных типов и классифицируются по разным признакам: по физическому (агрегатному) состоянию — твёрдые, газообразные, жидкие; по удельной активности — высокоактивные, среднеактивные, низкоактивные, очень низкоактивные; по происхождению — отходы ядерной энергетики, медицинской деятельности, научных исследований и военной деятельности, и другим. Важно отметить, что радиоактивные отходы представляют собой серьёзную опасность для здоровья человека и окружающей среды. Поэтому необходимо соблюдать строгие правила по обращению с ними и обеспечивать их безопасное хранение и захоронение. Особую опасность представляют высокоактивные отходы, содержащие долгоживущие радионуклиды. Они подлежат долговременному глубинному захоронению в глубоких геологических формациях, обычно на глубине в несколько сотен или более метров от поверхности.

— Как осуществляется захоронение радиоактивных отходов?

— К способам захоронения РАО относятся приповерхностное захоронение — захоронение РАО в сооружениях, размещаемых выше поверхности земли, на одном уровне с поверхностью земли или ниже поверхности земли на глубине до 100 метров; глубинное захоронение , то есть в сооружениях, размещаемых на глубине более 100 м от поверхности земли, и глубинное захоронение жидких РАО (ЖРО) — в пластах-коллекторах на глубине нескольких сотен метров в пределах границ горного отвода путём нагнетания через специальные скважины.

Мировым сообществом признано, что наиболее эффективным способом изоляции радиоактивных отходов, содержащих наиболее долгоживущие радионуклиды с высокой удельной активностью, является их захоронение в глубинные геологические формации. В России, как и в других странах, сейчас пока нет пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов, но работы по его созданию ведутся давно. И сейчас уже начато строительство подземной исследовательской лаборатории, которая необходима для обоснования безопасности будущего пункта захоронения отходов. Предполагается, что отходы будут изолированы от окружающей среды с помощью разных барьеров безопасности, как инженерных, (компаунд, содержащий радиоактивные отходы, контейнер, глинистый барьер), так и природных — геологических формаций.

— Какие главные требования должны соблюдаться при захоронении радиоактивных отходов?

— К основным требованиям для захоронения радиоактивных отходов относятся безопасная изоляция отходов от биосферы на протяжении длительного времени, которая обеспечивается многоуровневой системой защиты; место захоронения должно быть стабильным и устойчивым к природным катаклизмам, должен быть обеспечен постоянный мониторинг окружающей среды, чтобы убедиться в отсутствии утечек радиоактивных материалов и прочие меры.

— Что такое радионуклиды?

— Радионуклиды — это атомы, обладающие избыточной ядерной энергией и способные к радиоактивному распаду. Радионуклиды могут быть природными или искусственными, образующимися в результате проводимых ядерных реакций за счёт деятельности человека. Радионуклиды широко применяются в народном хозяйстве, технике, науке и медицине. С их помощью изучают физиологические и биохимические процессы, а также закономерности миграции и обмена химических элементов в окружающей среде, организме животных и человека. В то же время радионуклиды испускают ионизирующее излучение, которое может повреждать клетки живых организмов, поэтому могут представлять опасность.

— Как происходит миграция радионуклидов?

— Миграция радионуклидов — это движение радионуклидов в окружающей среде. Миграция радионуклидов в кристаллических породах — это природный барьер будущего пункта глубинного захоронения отходов, — происходит следующим образом: в ограниченной зоне вблизи могильника перенос радионуклидов осуществляется посредством диффузионного механизма с учётом эффектов сорбции и радиоактивного распада.

Начиная с некоторого расстояния (оно определяется размерами локальных и региональных нарушений), перенос радионуклидов происходит с потоком подземной воды по трещинам. На этом этапе основными механизмами переноса являются адвекция и дисперсия, включающая молекулярную диффузию и механическую дисперсию. Количество радионуклидов, которые мигрируют в биосферу, зависит от расстояния от хранилища, доминирующего механизма переноса и взаимодействия растворённых радионуклидов с минералами, присутствующими во вмещающей породе, и инженерными барьерными системами. Одним из главных механизмов миграции, отвечающим за удерживание радионуклидов, является их сорбция минералами кристаллических пород.

— Как можно минимизировать миграцию радионуклидов в окружающую среду? Как повышение или понижение сорбции влияет на это?

— Для минимизации миграции радионуклидов в окружающую среду в геологических формациях предполагается использовать мультибарьерную систему защиты, которая будет препятствовать распространению радионуклидов в окружающую среду, в которую входят материалы, обладающие высокими сорбционными свойствами (глинистые минералы, минералы кристаллических пород). Предполагается, что высокая сорбция радионуклидов минералами пород и глинистыми барьерами безопасности будет минимизировать их миграцию в окружающую среду.

— Какие расчёты проводятся при оценке безопасности захоронения радиоактивных отходов?

— При оценке безопасности радиоактивных отходов проводятся комплексные расчёты, которые учитывают множество факторов, влияющих на миграцию радионуклидов и их воздействие на окружающую среду и человека. Основные типы расчётов: расчёты миграции радионуклидов, дозовых нагрузок, тепловыделения высокоактивных отходов, долговечности материалов барьеров безопасности.

Данная работа не включала моделирование и расчёты для оценки безопасности захоронения радиоактивных отходов, а была направлена на получение экспериментальных данных по коэффициентам распределения радионуклидов на породах, которые учитываются в математических моделях для дальнейшего прогнозирования возможной миграции радионуклидов.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки.

Источник: «Коммерсантъ».

Подразделы

Объявления

©РАН 2024