О возможности использования глиносодержащих барьерных материалов для локализации последствий радиационных аварий (на примере АЭС "Фукусима-Дайити")

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью выбора эффективных подходов и новых инновационных барьерных материалов, обладающих противофильтрационными и противомиграционными свойствами, для локализации последствий аварий на радиационно опасных объектов. Цель: обзор возможности использование отечественных технологий по локализации радионуклидов внутри пунктов размещения радиоактивных отходов и ядерных материалов (кориума) для решения проблемы миграции радионуклидов на АЭС "Фукусима-Дайити". Методы: математическое моделирование процесса миграции радионуклидов из разрушенных энергоблоков атомной электростанции "Фукусима-Дайити" (АЭС "Фукусима-Дайити") через глиносодержащие барьеры безопасности. Результаты. Рассмотрена возможность использования барьерных материалов для локализации последствий радиационных аварий. На основе положительного отечественного опыта предложено использование барьеров безопасности на основе глинистых композиций и гелеобразующих растворов для предотвращения подземной миграции радионуклидов из разрушенных энергоблоков в окружающую среду. В качестве примера такой ситуации выбрана произошедшая 11 марта 2011 г. авария на АЭС "Фукусима-1", которая в настоящее время является объектом для отработки технологий и подходов ликвидации аварий. В работе описаны основные источники радиоактивного загрязнения, образованные в результате аварии на АЭС "Фукусима-Дайити" и распространяющиеся грунтовыми водами, дождевыми потоками и охлаждающей водой, которую закачивают в поврежденные активные зоны. Выявлены недостатки использующейся системы барьеров безопасности, основанной на заморозке грунтов. На основе положительного отечественного опыта предложено использование глиносодержащих барьеров безопасности для предотвращения миграции радионуклидов из разрушенных энергоблоков в океан. Для этих целей рассмотрены такие природные материалы, как вермикулит, перлит, цеолит, шунгит, и определены их сорбционные характеристики. Представлены результаты математического моделирования процесса миграции наиболее мобильных радионуклидов (Pu, Cs, Sr, U) через барьерные материалы из глины. Показана возможность использования барьера безопасности на основе смеси глин. При этом ширина такого барьера не превышает 3,7 м (определяется скоростью миграции урана). Общий объем глиносодержащего барьерного материала, необходимого для предотвращения миграции радионуклидов, составляет ~145900 м3 . Для замедления миграции трития предложен противофильтрационный барьер на основе гелеобразующего раствора. В качестве геля возможно использование специальных растворов, содержащих продукты разложения геологических пород ийолитуртитовой группы. В результате разложения в растворе образуются щелочноземельные, переходные и щелочные элементы, ионы Al и H4SiO4. Предлагается использовать указанный гель путем его инжекции вокруг энергоблоков АЭС "Фукусима-Дайити". Это позволит полимеризировать ортокремневую кислоту, что приведет к адсорбции катионов Ca, Mg, Fe и гидратированного алюминия.

The relevance of the research topic is caused by the need to develop new innovative barrier materials with anti-filtration and anti-migratory properties to localize the consequences of the disaster at the Fukushima Daiichi NPP. The main aim of the study is the review of the possibility of using domestic technologies for localization of radionuclides inside the points of placement of radioactive waste and nuclear materials (corium) to solve the problem of migration of radionuclides at the Fukushima-Daiichi NPP. Methods: mathematical modeling of radionuclides migration from the active zone of the destroyed power units of the Fukushima Daiichi NPP through clay-containing safety barriers. The results. The paper presents the results of consideration of possibility of using barrier materials for localizing the consequences of radiations accidents. Using the safety clay-based barriers and gelling solutions to prevent the underground migration of radionuclides from destroyed power units to environment was suggested according to positive domestic experience. Accident on nuclear power plant Fukushima-1, occurred on 11 March 2011, was chosen as an example of such a situation. Currently this object is the area for working out the technology and approaches to eliminate the radiation accidents. It was shown that the inflow of radioactive contamination into the ocean is caused by groundwater, rainwater and cooling water, which is daily pumped into the damaged core. Disadvantages of the system used by the safety barrier based on ground frosts were described. On the basis of positive domestic experience, the use of clay-containing safety barriers was proposed to prevent migration of radionuclides from destroyed power units to the ocean. Clay-content materials based on vermiculite, perlite, zeolite, schungite and their sorption characteristics were determined for these purposes. The results of modeling the migration of the most active radionuclides (Pu, Cs, Sr, U) through the described barrier materials were presented. The possibility of using the safety barrier based on a mixture of clays was shown. The width of such a barrier does not exceed 3,7 m (determined by the rate of migration of uranium). The total volume of clay-based material barrier required to prevent migration of radionuclides is ~145900 m3.