Радиоактивты және қауіпті қалдықтарды ұзақ мерзімді сақтау

Кіріспе

Радиоактивті және қауіпті қалдықтарды ұзақ мерзімді сақтау

Терең геологиялық қойма – қауіпті немесе радиоактивті қалдықтарды тұрақты геологиялық ортада, әдетте 200–1000 метр тереңдікте сақтау тәсілі. Ол қалдықтардың түрін, қалдықтарды қаптауды, инженерлік кедергілерді және қолайлы геологиялық жағдайды біріктіреді, бұл болашақта техникалық қызмет көрсетусіз ұзақ мерзімді оқшаулау мен қамауды қамтамасыз етеді. Бұл кез келген радиоактивті қауіптің алдын алады. Әлемде сынап, цианид және мырыш қалдықтарын сақтауға арналған бірнеше орындар бар, оның ішінде Канададағы (Giant Mine) және Германиядағы (Герфа-Невроде және Зиелицтегі калий шахталары) орындар бар. Радиоактивті қалдықтарды сақтау орындары құрылыс кезеңінде, Финляндиядағы Онкало ең жетілгені болып табылады. Халықаралық ядролық материалдар жөніндегі комиссия былай деді:
Қолданылған ядролық отын және жоғары деңгейде қайта өңделген және плутоний қалдықтарына ортаға радиоактивтіліктің таралуын азайту үшін ондаған мыңнан миллион жылға дейінгі кезеңге жақсы жобаланған сақтау қажет. Плутоний мен жоғары байытылған уран қару жасауға пайдаланылмауы үшін қауіпсіздік шаралары да қажет. Жер бетінде уақытша сақтауға қарағанда, қолданылған ядролық отынды жүздеген метр тереңдікте сақтау қауіпсіз деп есептеледі. Қоймалардың негізгі элементтеріне радиоактивті қалдықтар, қалдықтарды қоршаған контейнерлер, контейнерлердің айналасындағы басқа инженерлік кедергілер немесе пломбалар, контейнерлерді орналастыратын туннельдер және айналасындағы аумақтың геологиялық құрамы кіреді. Жер астынан жүздеген метр тереңдікте орналасқан сақтау орыны болашақтағы бір немесе бірнеше мұз басу кезеңдеріне төтеп беруі керек, ал қалың мұз қабаттары тау жыныстарының үстіне орналасады. Мұз қабаттарының болуы сақтау орынының тереңдігіндегі гидростатикалық қысымға, жер асты суларының ағысына және химиялық құрамына, сондай-ақ жер сілкіністеріне әсер етеді. Бұл мәселені Швеция, Финляндия, Канада және болашақ мұз басудың әсерін бағалауға тиіс басқа да елдердегі ұзақ мерзімді қалдықтарды сақтау орындарын дайындап жатқан ұйымдар ескереді. Көптеген сарапшылар геологиялық қойманың қауіпсіз, технологиялық тұрғыдан мүмкін және экологиялық тұрғыдан дұрыс екендігіне ұзақ жылдар бойы келісіп келе жатқанмен, көптеген елдердегі халықтың көп бөлігі ядролық энергияға қарсы науқандардың нәтижесінде күмәнмен қарады. Осы күш-жігерді қолдаушылардың алдында тұрған міндеттердің бірі – қоймадағы қалдықтар ұзақ уақыт сақталады және болашақта кез келген шығарылымдар денсаулыққа немесе қоршаған ортаға ешқандай қауіп төндірмейді деп сенімді түрде көрсету. Ядролық қайта өңдеу қойманың қажеттілігін жоймайды, бірақ көлемін, ұзақ мерзімді радиациялық қауіпті және ұзақ мерзімді жылуды тарату қабілетін азайтады. Қайта өңдеу қойма орнын анықтауға байланысты саяси және қоғамдық қиындықтарды жоя алмайды. Табиғи геологиялық кедергілердің радиоактивті қалдықтарды оқшаулау қабілеті Габондағы Оклодағы табиғи ядролық бөліну реакторларында көрсетілген. Олардың ұзақ реакция кезеңінде уран кенінде шамамен 5,4 тонна бөліну өнімдері, сондай-ақ 1,5 тонна плутоний және басқа да трансураникалық элементтер пайда болды. Бұл плутоний және басқа да трансурандар шамамен 2 миллиард жыл бойы қозғалмай тұрды. Бұл өте таңғаларлық, өйткені жер асты сулары кен орындарына оңай қол жеткізе алды және олар шыны сияқты химиялық тұрақты емес еді.

A deep geological repository is a way of storing hazardous or radioactive waste within a stable geologic environment, typically 200–1,000 m deep. It entails a combination of waste form, waste package, engineered seals and geology that is suited to provide a high level of long term isolation and containment without future maintenance. This will prevent any radioactive dangers. A number of mercury, cyanide and arsenic waste repositories are operating worldwide including Canada (Giant Mine) and Germany (potash mines in Herfa Neurode and Zielitz). Radioactive waste storage sites are under construction with the Onkalo in Finland being the most advanced. The International Panel on Fissile Materials has said:
It is widely accepted that spent nuclear fuel and high level reprocessing and plutonium wastes require well designed storage for periods ranging from tens of thousands to a million years, to minimize releases of the contained radioactivity into the environment. Safeguards are also required to ensure that neither plutonium nor highly enriched uranium is diverted to weapon use. There is general agreement that placing spent nuclear fuel in repositories hundreds of meters below the surface would be safer than indefinite storage of spent fuel on the surface. Common elements of repositories include the radioactive waste, the containers enclosing the waste, other engineered barriers or seals around the containers, the tunnels housing the containers, and the geologic makeup of the surrounding area. A storage space hundreds of metres below the ground needs to withstand the effects of one or more future glaciations, with thick ice sheets resting on top of the rock. The presence of ice sheets affects the hydrostatic pressure at repository depth, groundwater flow and chemistry, and the potential for earthquakes. This is being taken into consideration by organizations preparing for long term waste repositories in Sweden, Finland, Canada and some other countries that have to assess the effects of future glaciations. Despite a long standing agreement among many experts that geological disposal can be safe, technologically feasible and environmentally sound, a large part of the general public in many countries remains skeptical as result of anti nuclear campaigns. One of the challenges facing the supporters of these efforts is to demonstrate confidently that a repository will contain wastes for so long that any releases that might take place in the future will pose no significant health or environmental risk. Nuclear reprocessing does not eliminate the need for a repository, but reduces the volume, the long term radiation hazard, and long term heat dissipation capacity needed. Reprocessing does not eliminate the political and community challenges to repository siting. The ability of natural geologic barriers to isolate radioactive waste is demonstrated by the natural nuclear fission reactors at Oklo, Gabon. During their long reaction period about 5.4 tonnes of fission products as well as 1.5 tonnes of plutonium together with other transuranic elements were generated in the uranium ore body. This plutonium and the other transuranics remained immobile until the present day, a span of almost 2 billion years. This is quite remarkable as ground water had ready access to the deposits and they were not in a chemically inert form, such as glass.

Кейбір сайттардағы қойманың мәртебесі

Бірнеше елде тиісті терең соңғы қоймаларды іріктеу процесі жүріп жатыр, ал біріншісі 2010 жылдан кейін пайдалануға беріледі деп күтілуде.

Австралия

2000 жылдардың басында Австралия мен Ресейде халықаралық жоғары деңгейлі радиоактивті қалдықтарды сақтау орталығын құру туралы ұсыныс жасалған. Ядролық энергияны ешқашан өндірмеген және тек бір зерттеу реакторы бар Австралияда жаһандық сақтау орталығын құру туралы ұсыныс көтерілгеннен бері, ішкі саяси наразылықтар күшті және үздірілмей келеді, бұл Австралияда мұндай нысанның салынуының ықтималдығын төмендетіп отыр.

Канада

Гигант кеніші ұнтақ түріндегі аса улы мышьяк қалдықтарын сақтау үшін терең қойма ретінде қолданылды. 2020 жылға дейін қалдықтарды химиялық тұрақтылығы жоғары және судың ластануын қамтамасыз ететін мұздатылған блок түріне қайта өңдеу жөніндегі зерттеулер жалғасуда.

Финляндия

KBS 3 технологиясына негізделген Финляндиядағы Onkalo нысаны әлемдегі барлық қоймалардың арасында пайдалануға енгізілуге ең жақын тұрған нысан. Posiva компаниясы 2004 жылы нысанды салу жұмыстарын бастады. Финляндия үкіметі 2015 жылдың қараша айында компанияға соңғы кәдеге жарату орнатылысын салуға лицензия берді. 2019 жылдың маусымына қарай үздіксіз кешігулерге байланысты Posiva компаниясы енді 2023 жылы жұмысты бастауды күтіп отыр.

Германия

Бірқатар қоймалар, соның ішінде Герфа-Нейроде және Зиелицтегі калий шахталары, жылдар бойы өте улы сынап, цианид және мырыш қалдықтарын сақтау үшін пайдаланылып келеді. Morsleben радиоактивті қалдықтар қоймасы – Германияның Саксония-Анхальт аймағындағы Морслебен қаласындағы Бартенслебен тау тұзы кенішінде орналасқан радиоактивті қалдықтарды терең геологиялық түрде сақтауға арналған қойма, ол 1972-1998 жылдар аралығында пайдаланылды. 2003 жылдан бері, құдыққа тұзды бетон соғылып, жоғарғы қабаттарды уақытша тұрақтандыру жұмыстары жүргізілуде.

Швеция

2022 жылдың қаңтар айында Форсмарк атом электр станциясы аумағында KBS 3 технологиясын қолданатын тікелей сақтау орнының құрылысына келісім берілді.

Ұлыбритания

Ұлыбритания үкіметі, көптеген басқа елдермен бірге және ғылыми кеңестерге сүйене отырып, жоғары белсенділіктегі радиоактивті қалдықтарды жоюдың ең тиімді тәсілі ретінде жер астындағы терең геологиялық қоймаға орналастыруды анықтады. Радиоактивті қалдықтарды басқару (RWM) 2014 жылы геологиялық жою қондырғысын (GDF) іске асыру үшін құрылды және Ұлыбританияның тарихи ядролық объектілерін жоюға жауапты Ядролық декоммиссиялау агенттігінің (NDA) еншілес ұйымы болып табылады. 2022 жылы Ядролық қалдықтар қызметі (NWS) Камбриядағы төмен деңгейдегі радиоактивті қалдықтар қоймасымен бірігу нәтижесінде құрылды. GDF-тің құрылысы қауымдастықтың ерікті келісіміне негізделген үдеріс арқылы жүзеге асырылады, қауымдастықтармен тығыз серіктестікте жұмыс істеу, ұзақ мерзімді сенімділік құру және GDF-тің жергілікті мүдделер мен басымдықтарын қолдауын қамтамасыз ету көзделеді. Саясат GDF-тің жанында тұратын адамдардың келісімін алуды және талқылаулардың қарқынына олардың әсер етуін қамтамасыз етуді қатаң талап етеді. Бірінші жұмыс топтары 2020 жылдың соңы мен 2021 жылдың басында Камбриядағы Копленд және Аллердейлде құрылды. Бұл жұмыс топтары өз аймақтарында GDF-ті орналастыруға келісім алу процесін бастады. Бұл жұмыс топтары GDF үшін ерікті қауымдастық және қолайлы, мүмкін және қабылданатын орынды табу үдерісіндегі маңызды қадам болып табылады. Аллердейл 2023 жылы терең қалдықтар қоймасын таңдау процесінен бас тартты. NWS бұл шешімді сайтты таңдау процесін жүргізу үшін жеткілікті әлеуетті қолайлы геологиялық жағдайдың болмауымен түсіндірді. RWM GDF-тің құрылысынан туындайтын пайдаға қызығушылық танытқан адамдармен және ұйымдармен Англияның әртүрлі аймақтарында келіссөздерін жалғастыруда. Келесі бір-екі жылда ел бойынша қосымша жұмыс топтары құрылуы күтілуде. GDF жобасының кез келген ұсынысы барлық қауіпсіздік және қауіпсіздік талаптарының орындалуын қамтамасыз ету үшін қатаң критерийлерге сәйкес бағаланады.

Америка Құрама Штаттары

АҚШ-тағы қалдықтарды оқшаулау пилоттық зауыты (WIPP) 1999 жылы Жаңа Мексика штатының Карлсбад қаласының жанындағы тұздың терең қабатына алғашқы кубикалық метрлер трансураникалық радиоактивті қалдықтарын орналастырып, пайдалануға берілді. 1978 жылы АҚШ Энергетика министрлігі Невада штатының Най округінде, Невада сынақ полигонының қауіпсіз шекарасында орналасқан Юка тауының пайдаланылған ядролық отын мен жоғары деңгейдегі радиоактивті қалдықтарды ұзақ мерзімді геологиялық сақтау орны ретінде пайдалануға жарамдылығын анықтау үшін зерттеуді бастады. Бұл жобаға қарсылық білдірілді және Невада штатының Ядролық жобалар агенттігі (Ядролық қалдықтар жобасының кеңсесі) және басқалар сотқа жүгінуі салдарынан кешіктірілді. Обама әкімшілігі 2009 жылғы АҚШ Федералдық бюджет ұсынысында бұл орынды пайдаланудан бас тартты, ол Ядролық реттеу комиссиясының сұрақтарына жауап беруге қажетті қаражаттан басқа барлық қаражатты жойды, "әкімшілік ядролық қалдықтарды жоюдың жаңа стратегиясын әзірлеген кезде". 2009 жылдың наурыз айында Энергетика министрі Стивен Чу Сенаттың тыңдауында Юка тауы енді реакторлық қалдықтарды сақтау үшін қарастырылмайтынын мәлімдеді. 2018 жылдың маусым айында Трамп әкімшілігі мен Конгрестің кейбір мүшелері Юка тауының пайдаланылуын қайта ұсынды, ал Невада штатының сенаторлары қарсылық білдірді. 2020 жылдың ақпанында АҚШ Президенті Дональд Трамп Невададағы Юка тауында ядролық қалдықтарды сақтау орны ретінде пайдалану жоспарларына қатысты саясаттағы мүмкін болатын өзгерістер туралы Twitter-де жазды. Трамптың бұрынғы бюджеттері Юка тауына қаражат бөлген, бірақ Nuclear Engineering International мәліметінше, екі жоғары лауазымды шенеунік соңғы шығындар жоспарында жобаға лицензия беру үшін қаражат көзделмегенін айтты. 7 ақпанда Энергетика министрі Дэн Бруиллетт Трамптың пікірін қайталап, АҚШ әкімшілігі елдің басқа аймақтарында уақытша немесе аралық сақтау орындары сияқты басқа да [ядролық] сақтау түрлерін қарастыруы мүмкін екенін мәлімдеді. Федералды үкімет ресми жоспар әзірлемесе де, жеке сектор өз жоспарларын іске асырды. Holtec International 2017 жылдың наурызында Жаңа Мексиканың оңтүстік-шығысындағы автономды консолидацияланған аралық сақтау объектісі (CISF) үшін Ядролық реттеу комиссиясына (NRC) лицензиялық өтініш берді. Сол сияқты, Interim Storage Partners Техас штатының Эндрюс округінде CISF салуды және пайдалануды жоспарлап отыр. NRC 2021 жылдың қыркүйек айында Эндрюс округінің CISF-іне лицензия берді. Техас штатымен бірлескен топ лицензияны сот арқылы қайта қарауды сұрады. 2023 жылдың тамызында АҚШ-тың Бесінші апелляциялық соты NRC-нің ядролық электр станциясы немесе федералдық орында емес уақытша сақтау объектісіне лицензия беруге Конгрестен өкілеттік алмағанын және лицензияның күшін жойғанын шешті. Жаңа Мексикадағы басқа CISF-ке де ұқсас шағымдар АҚШ-тың Он бірінші апелляциялық сотында қаралып жатыр. Калифорния штатының Беркли қаласында орналасқан Deep Isolation компаниясы мұнай және газ өндіру үшін әзірленген технологияны пайдалана отырып, радиоактивті қалдықтарды көлденең бұрғылау арқылы сақтауды ұсынды. 18 дюймдік бұрғылау орны геологиялық тұрақты формацияларда бірнеше мың фут тереңдікке тік бағытталуы мүмкін, содан кейін қалдықтар сақталатын ұқсас ұзындықтағы көлденең қалдықтарды жою бөлігі құрылады, ал бұрғылау орны бекітілгенге дейін.

The Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) in the United States went into service in 1999 by putting the first cubic metres of transuranic radioactive waste in a deep layer of salt near Carlsbad, New Mexico. In 1978, the U. S. Department of Energy began studying Yucca Mountain, within the secure boundaries of the Nevada Test Site in Nye County, Nevada, to determine whether it would be suitable for a long term geologic repository for spent nuclear fuel and high level radioactive waste. This project faced significant opposition and suffered delays due to litigation by the Agency for Nuclear Projects for the State of Nevada (Nuclear Waste Project Office) and others. The Obama administration rejected use of the site in the 2009 United States Federal Budget proposal, which eliminated all funding except that needed to answer inquiries from the Nuclear Regulatory Commission, "while the Administration devises a new strategy toward nuclear waste disposal." In March 2009, Energy Secretary Steven Chu told a Senate hearing the Yucca Mountain site is no longer viewed as an option for storing reactor waste. In June 2018, the Trump administration and some members of Congress again began proposing using Yucca Mountain, with senators from Nevada raising opposition. In February 2020, U. S. President Donald Trump tweeted about a potential change of policy on plans to use Yucca Mountain in Nevada as a repository for nuclear waste. Trump's previous budgets have included funding for Yucca Mountain but, according to Nuclear Engineering International, two senior administration officials said that the latest spending blueprint will not include any money for licensing the project. On February 7, Energy Secretary Dan Brouillette echoed Trump's sentiment and stated that the US administration may investigate other types of [nuclear] storage, such as interim or temporary sites in other parts of the country. Though no formal plan had solidified from the federal government, the private sector moved forward with their own plans. Holtec International submitted a license application to the Nuclear Regulatory Commission (NRC) for an autonomous consolidated interim storage facility (CISF) in southeastern New Mexico in March 2017. Similarly, Interim Storage Partners is also planning to build and operate a CISF in Andrews County, Texas. The NRC issued a licence for the Andrews County CISF in September 2021. A group including the State of Texas petitioned for a court review of the licence. In August 2023 the United States Court of Appeals for the Fifth Circuit ruled that the NRC does not have the authority from Congress to license such a temporary storage facility that is not at a nuclear power station or federal site, nullifying the purported license. The other New Mexico CISF is similarly being challenged in the United States Court of Appeals for the Tenth Circuit. Deep Isolation, a corporation based in Berkeley, California, proposed a solution involving horizontal storage of radioactive waste canisters in directional boreholes, using technology developed for oil and gas mining. An 18" borehole can be directed vertically to the depth of several thousand feet in geologically stable formations, and then a horizontal waste disposal section of similar length can be created where waste canisters are stored before the borehole is sealed.