Как снести атомную электростанцию ​​[слайд-шоу]

Что происходит с ядерными реакторами, подобными реакторам Фукусимы, после того, как они расплавятся или закончат свой срок службы?

Поделиться через фейсбук
Поделиться в Твиттере
Поделиться на Reddit
Поделиться в LinkedIn
Поделиться по электронной почте
Распечатать

Как снести атомную электростанцию ​​[слайд-шоу]

Рекламное объявление

Спустя двадцать пять лет после трагического взрыва и пожара в Чернобыле, тонны бетона защищают рабочих и посетителей от опасной радиоактивной лужи расплавленного топлива, которая таится в подвале здания реактора № 4. Точно так же, более 30 лет спустя после частичное расплавление на Три-Майл-Айленде в Пенсильвании, бетонная стружка толщиной 2,5 сантиметра защищает полый корпус реактора, его частично расплавленные топливные стержни были извлечены в течение десятилетия и отправлены в Национальную лабораторию Айдахо (INL) для изучения. И теперь, спустя почти два месяца после серийных частичных расплавлений в реакторах и бассейнах выдержки на Фукусима-дайити, Tokyo Electric Power Co. (TEPCO) объявила о том, что по крайней мере девять месяцев работы по ликвидации последствий ядерной аварии — начальная часть уборка, которая может длиться десятилетиями.

«Это похоже на добычу полезных ископаемых», — говорит физик-ядерщик Дуглас Акерс из INL, участвовавший в очистке Три-Майл-Айленда. «Идите и удалите ранее расплавленное топливо, упакуйте его в транспортные контейнеры и отвезите в Айдахо».

Что произойдет, когда срок службы ядерных реакторов подойдет к концу — либо случайно, как в случаях, описанных выше, либо в результате запланированного отключения ряда электростанций в США и мире, число которых в ближайшие десятилетия будет увеличиваться? Ответ на этот вопрос варьируется от зеленого поля, подходящего для земледелия, до жертвенных зон, которые, по сути, становятся ядерными парками, такими как Национальный заповедник дикой природы Роки-Флэтс площадью 25 квадратных километров в Колорадо — бывшее место изготовления бомб — или 30-километровая «зона отчуждения» вокруг Чернобыля соответственно.

«Сегодня мы знаем, что около 77 000 квадратных миль территории в Европе и бывшем Советском Союзе были загрязнены радиоактивными осадками, что создало долгосрочные проблемы для флоры, фауны, воды, окружающей среды и здоровья человека», — писал Михаил Горбачев, советский премьер. во время Чернобыльского взрыва, в Бюллетень ученых-атомщиковвыпуск за март/апрель 2011 года. «Десятки миллиардов долларов были потрачены на попытки сдержать и ликвидировать последствия катастрофы», включая строительство массивного саркофага для повторного захоронения расплавленного радиоактивного топлива.

Очистка на Фукусима-дайити столкнется с аналогичными проблемами, включая выяснение того, сколько ядерного топлива расплавилось и насколько сильно радиоактивное загрязнение на территории электростанции, а также в прилегающих районах. Эта проблема усугубляется тем фактом, что кризис затронул три реактора и два бассейна выдержки, но они также окружены пятью дополнительными бассейнами выдержки и еще двумя неповрежденными реакторами, а также тем фактом, что топливные стержни остаются неохлажденными даже сегодня. Таким образом, первым шагом будет охлаждение ядерного топлива, процесс, который может занять не менее трех месяцев в соответствии с текущим планом TEPCO, который включает полное заполнение поврежденных реакторов морской водой, хотя утечки могут помешать этому плану.

«У вас есть четыре реактора, и у вас может быть два или три подхода к выводу из эксплуатации», — говорит Курт Келер, вице-президент по выводу из эксплуатации и сносу инженерной компании CH2M HILL, чья компания может подать заявку на эту работу. «Некоторые места, где топливо расплавилось, вы закапываете. [Есть] некоторые, где вы можете извлечь его и отправить в безопасное хранилище, а затем вы можете восстановить и продолжить работу».

Вывод из эксплуатации
Как и у многих сотрудников атомного флота США, процесс вывода из эксплуатации атомной электростанции получил свое название в ВМС США: вывести реактор из эксплуатации означает снести его и вернуть на место его расположения в одном из несколько состояний в течение 60 лет.

«В идеале для большинства коммунальных предприятий цель состоит в том, чтобы убрать все с площадки и восстановить ее для других целей, кроме производства электроэнергии», — говорит Джон Хикман, руководитель проекта отдела вывода из эксплуатации реакторов в Комиссии по ядерному регулированию США (NRC). Удаление нацелено на радиоактивное загрязнение, будь то радиоактивный кобальт и цезий, которые обычно просачиваются в бетон в результате нормальной эксплуатации, или шлейфы воды, загрязненной тритием — радиоактивной формой водорода, — которые часто вытекают из таких электростанций в течение десятилетий. . Тем не менее, разрушение ядерного реактора не означает чрезмерного воздействия радиоактивности; многие формы защиты — от бетона до самой охлаждающей воды — остаются для защиты рабочих по разборке, а также специально разработанных инструментов, таких как ящики для удержания частиц для распиливания радиоактивных металлов.

В настоящее время в США ведутся работы по выводу из эксплуатации как минимум пяти таких ядерных объектов, начиная от атомной электростанции Зайон в Иллинойсе и заканчивая очисткой обширного объекта по производству ядерных бомб в Хэнфорде в штате Вашингтон. В случае с Zion компания по утилизации ядерных отходов Energy Solutions фактически стала владельцем бывшей электростанции через дочернюю компанию, полностью снесет ее и отправит все образовавшиеся отходы в Юту для захоронения. На специально отведенных свалках, таких как площадка Energy Solution в западной части штата Юта или ядерная свалка Барнвелла в Южной Каролине, хранятся радиоактивные остатки таких деконструкций. «Текущая оценка объекта Zion — и суммы в трастовом фонде [вывода из эксплуатации] — составляет 900 миллионов долларов для этого объекта из двух блоков», — говорит Хикман. «Объем материала огромен по сравнению с прошлыми выводами из эксплуатации».

Поглощение Energy Solutions является ответом на предыдущие списания, такие как Maine Yankee в 1990-х годах, расходы на которые быстро росли, поскольку рабочие пытались отделить радиоактивный материал от его нерадиоактивных аналогов.Как и в случае с Зайоном, вывод из эксплуатации «Янки из штата Мэн» был направлен на восстановление объекта до первозданного состояния, в котором фермер мог бы жить на территории бывшей атомной электростанции, выращивать урожай и употреблять его в пищу без «неприемлемой дозы» оставшегося радиоактивного загрязнения. Об этом заявил представитель NRC Скотт Бернелл.

Конечно, есть и другие варианты, такие как бывшая атомная электростанция Ранчо Секо в Сакраменто, закрытая в 1989 году, которая теперь превращена в солнечную ферму и генератор, работающий на природном газе. «Наши правила требуют очистки объекта до такой степени, что когда они будут выполнены, вы можете подвергаться воздействию только 25 миллибэр в год от материалов, произведенных на [атомной энергетике]», — говорит Хикман об этом варианте. (Бэр — это единица дозировки рентгеновского и гамма-излучения.) А в случае с Три-Майл-Айленд (TMI) реактор № 2 будет бездействовать до тех пор, пока реактор № 1 не истечет срок службы, т. е. 2034 год, когда оба будут снесены. «Преимущество того, чтобы сделать это в то время, заключается в том, что любая остаточная радиоактивность, связанная с реактором № 2 TMI, уже немного распадется», — говорит Уэйн Джонсон, руководитель отдела исследований систем Земли в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

И часто что-то остается, по крайней мере, в США, где нет долговременного хранилища отработавшего ядерного топлива. В результате на каждой выведенной из эксплуатации площадке АЭС стоит определенное количество бетонных и стальных контейнеров с отработавшими урановыми топливными стержнями. Например, на атомной электростанции в заливе Гумбольдта, которую сносят в Калифорнии, есть бетонная площадка с такими цилиндрами, утопленными в нее, чтобы они не могли опрокинуться при землетрясении. Кроме того, площадка находится на достаточно высоком холме, чтобы избежать цунами. «Инструктаж по технике безопасности заключается в том, что если сработает предупреждение о цунами, бегите на вершину, где находится отработавшее топливо, потому что это самая высокая площадка вокруг», — говорит Хикман.

В случае Фукусимы пройдут годы, прежде чем урановые топливные стержни — если они не будут слишком расплавлены и деформированы — достаточно остынут, чтобы их можно было переместить в такое долгосрочное хранилище. Однако если топливные стержни расплавились сильнее, очистка будет еще более сложной, особенно если они образовали «лужу». «Вы не можете очень легко охладить его, потому что вы не можете доставить воду в центр», — отмечает физик-ядерщик Дуглас Акерс из INL.

Это делает практически невозможным удаление, отсюда и лужа в подвале Чернобыля. «Как только вы получаете топливо, которое деформировано или растекается, как в Чернобыле, риск для рабочего и технические меры, которые необходимо внедрить для защиты рабочего, становятся очень дорогими», — объясняет Келер из CH2M HILL. «Если есть такое экстремальное расплавление, то вы смотрите на состояние погребения на несколько лет». Остается неясным, как именно расплавилось топливо в трех поврежденных реакторах и двух поврежденных бассейнах с отработавшим топливом на Фукусима-дайити, хотя министр энергетики США Стивен Чу подсчитал, что расплавилось до 70 процентов топливных стержней.

В то же время лужа относительно непроницаема. «Это керамическая броня, окружающая побочные продукты деления», — говорит Акерс.

Кроме того, есть места, которые действительно загрязнены, например, Хэнфорд в штате Вашингтон — около 1500 квадратных километров, покрытых остатками американских операций по изготовлению бомб, уходящих корнями во Вторую мировую войну. «Вы надеетесь, что тот, кто оставил его для вас, очистил его», — говорит Келер, чья компания занимается очисткой сайта. «Иногда они это делали, а иногда нет».

Ядерная авария
Конечно, даже нерегулируемые военные объекты по производству ядерного оружия часто предпринимали хоть какие-то попытки содержать радиоактивные материалы, в том числе некоторые из самых загрязненных объектов в мире, которые советские техники загрязнили в погоне за плутонием. Это не относится к незапланированным авариям, подобным тем, которые привели к прекращению эксплуатации реактора № 1 ТМИ.2, чернобыльский реактор № 4, а теперь и реактор Фукусима-дайити № 1, 2 и 3.

TMI было относительно легко чистить благодаря системам безопасности, которые содержали большую часть радиоактивного материала. «Только 3-4% радиоактивных инертных газов*] было выброшено», — говорит Акерс, и большая часть того, что удалось вырваться, осталась в зданиях реакторов. «По сути, все, что могло причинить какой-либо ущерб за пределами площадки, было сохранено на объекте».

Но Фукусима и, тем более, Чернобыль увидели, что такие системы безопасности не смогли удержать радиоактивный материал, и — в случае Чернобыля из-за пожара — произошло рассеивание на обширной территории. Очистка, которая невозможна: «С точки зрения почвы действительно не существует [на месте] очистки от радиоактивного загрязнения», — объясняет Келер. «Это либо удаление, либо исправление на месте и контроль за площадью». В результате амебовидные контуры зоны отчуждения в Украине и Белоруссии вытягиваются вокруг остатков недействующей АЭС в Украине.

Нечто подобное может произойти и на Фукусиме с учетом рассеивания радиоактивности, в том числе плутония. Японское правительство уже объявило регион в пределах 20 километров от пострадавшей атомной электростанции запретной зоной, за что налагаются штрафы до 1200 долларов и аресты. И хотя такой плутоний сам по себе не растворим в воде, из исследований сильно загрязненных объектов в России, таких как бывший завод по производству плутония, известный как «Маяк», ясно, что плутоний и другие нерастворимые радиоактивные материалы имеют тенденцию перемещаться на мельчайших частицах. в почве, известные как коллоиды.

Другие радиоактивные материалы, такие как цезий-137 с периодом полураспада около 30 лет, растворяются в воде, как соль, попадая в подземные воды и даже в растения. Поглощение растениями представляет собой реальную проблему для любой ядерной реабилитации, учитывая возможность потребления человеком или животными, хотя некоторые грибы, похоже, процветают на радиоактивном материале.«Проблема с частицами любого живого организма заключается в том, что они вдыхают их, едят, проглатывают и попадают на кожу», — говорит Келер. «Небольшое загрязнение может дать большую дозу, потому что оно будет там [внутри] в течение длительного времени».

Но есть и другие биологические реакции: охлаждающая вода из TMI превратилась в микробную ферму, что, вероятно, также произойдет с соленой водой, использованной при аварии на Фукусиме. «Они начали выращивать водоросли и бактерии в активной зоне реактора, — вспоминает Акерс. «Это как бассейн, который никто не моет».

Что делать с водой?
Конечно, обращение с загрязненной водой является первостепенной задачей на любой площадке неработающего реактора, и основным ответом является фильтрация, например, с помощью ионообменных колонн, в которых используются специальные смолы для притягивания радиоактивных элементов и их извлечения из воды, часто используемые последовательно. . «Сам остаточный радиоактивный материал [который улавливается этими фильтрами] затем затвердевает каким-то образом, подходящим для захоронения низкоактивных отходов», — объясняет Джонсон из PNNL. Французский ядерный гигант Areva будет использовать такие методы фильтрации для обеззараживания радиоактивной морской воды на Фукусима-дайити.

В случае TMI после того, как вода была отфильтрована для более тяжелых радиоактивных изотопов, ее оставили охлаждаться, чтобы легкие радиоактивные изотопы, такие как тритий — изотоп водорода в молекулах воды — могли разрушиться. Через 14 лет 8,7 млн ​​литров его просто дали испариться. «У них была возможность либо сбросить его в реку [Саскуэханна], либо испарить», — говорит Акерс. «Они решили испарить его».

Тритий нельзя отделить от воды, и его период полураспада составляет более 12 лет, хотя при распаде он излучает относительно мало вредного излучения. TEPCO, в случае с Фукусимой, оставит часть радиоактивной морской воды на своей площадке в массивных контейнерах для хранения.

В то же время TEPCO уже сбросила в океан 11 500 метрических тонн загрязненной морской воды.Это снова сделает радиоактивный материал доступным для морской жизни, который потенциально может попасть в рыбу или морских млекопитающих, которые ими питаются, исходя из предыдущих подобных выбросов в прошлом. Это может изменить генетику таких животных, а также нарушить размножение и развитие, хотя точные последствия остаются неясными из-за отсутствия исследований.

В конце концов такое поглощение живыми организмами является судьбой всего такого радиоактивного загрязнения в дикой природе. Вот почему наибольший риск для такого места, как Чернобыль, — это что-то столь же естественное, как лесной пожар, подобный тем, которые прошлым летом охватили Россию и Украину. «Одна из самых страшных аварий, которые могли произойти в Чернобыле на данный момент, — это лесной пожар», — отмечает Келер. «Вся радиоактивность в растениях тогда попала бы в воздух».

* Исправление (29.04.11): Это предложение было отредактировано после публикации, чтобы отметить, что из реактора на Три-Майл-Айленд вышли только инертные газы.