МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТ ХРАНИЛИЩ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ

Кондаков И.А., Селезнев В.Н., Симоненко В.А., Соколов Л.В., Стародумов О.И., Чернов В.В., Шестаков А.А.

СарФТИ МИФИ, РФЯЦ – ВНИИТФ, г. Снежинск


Челябинская область по радиоактивному загрязнению стоит в одном ряду с регионом Чернобыля, а по количеству радиоактивных отходов занимает первое место в мире.

1. Крупнейшее в мире открытое хранилище жидких радиоактивных отходов - озеро Карачай.

В 50 км от г. Снежинска находится крупнейшее в мире открытое хранилище жидких радиоактивных отходов - оз. Карачай. В результате эксплуатации этого водоёма в качестве хранилища отходов и фильтрации промышленных растворов в подземную гидросферу вокруг него образовался ореол загрязнения подземных вод, простирающийся с севера на юг до 10 км.

Согласно намеченной программе работ по реабилитации района оз. Карачай, в 1995г. планировалось прекратить сброс в озеро радиоактивных отходов, а его акваторию полностью ликвидировать. Однако сбросы промышленных отходов продолжаются до сих пор. Поэтому возникает сложная и не менее важная проблема оценки распространения загрязнения и влияния его на подземную гидросферу исследуемого района. Одним из основных инструментов, помогающим решить эту проблему, является численное моделирование, которое позволяет получить прогнозы эволюции распространения загрязнения и помогает оценить эффективность применения тех или иных технических решений.

В настоящее время в ПО «Маяк» существует большой объём накопленной информации по гидрогеологическому строению района и обширные данные многолетних наблюдений за движением подземных вод и динамикой распространения загрязнения. Наличие этой информации позволяет проводить работы по численному моделированию распространения загрязнения подземных вод района.

С 1995 года сотрудники РФЯЦ-ВНИИТФ подключились к работам по созданию математических моделей и методик, описывающих распространение загрязнения для района оз. Карачай. В результате выполненных работ по проекту МНТЦ №51 создана численная методика МИФ, учитывающая характерные особенности движения подземных вод и фильтрующихся из озера Карачай растворов. В докладе рассмотрены результаты численных расчетов распространения загрязнения от озера Карачай.

2. Крупнейшее в Киргизии хвостохранилище Карабалтинского ГМЗ.

Решение атомной проблемы, в том числе создание  атомного  оружия, потребовало интенсивной разведки и добычи радиоактивного сырья (в первую очередь урановых руд), а также ряда других важных для этой  отрасли металлов.

Практическая реализация этих задач привела к  образованию  значительного количества хвостохранилищ и отвалов на предприятиях,  которые решали указанные задачи. В связи с этим возникли проблемы охраны окружающей эти объекты среды от заражения радиоактивными и токсичными  металлами.

В послевоенные годы в Чуйской долине Киргизии рядом с современным городом Кара-Балта, название которого переводится как Черный Топор, решая «урановую» проблему, Советский Союз построил гидрометаллургический завод (ГМЗ) по переработке ураносодержащих руд. Основной технологический процесс на ГМЗ заключался в разложении ураносодержащих руд и извлечении из них урана.

Выпуск предприятием основной продукции, начиная с 1955-го года и по сей день, сопровождается сбросом в примыкающее к ГМЗ хвостохранилище жидкой хвостовой пульпы, содержащей пески, илы, технологические растворы. По химическому составу отходы содержат, преимущественно, неорганические соединения, тяжелые металлы, радиоактивные элементы. Существенная их часть в виде растворов просачивается сквозь слабую противоинфильтрационную защиту и поверхностные горные породы, достигая водоносного горизонта. Нахождение хвостохранилищ и отвалов на больших высотах  над  уровнем моря и сильно пересеченная местность создают особую  угрозу  окружающим эти объекты территориям и населению. Связано это с тем, что, выходя из хвостохранилищ и вымываясь природными водами из отвалов, токсичные компоненты в указанных условиях создают угрозу быстрого заражения больших территорий, распространяясь за несколько суток  на  значительные расстояния.

Все это вызывает серьезную тревогу и диктует необходимость в комплексной оценке текущего и будущего экологических состояний в зоне влияния хвостохранилища Карабалтинского ГМЗ. В рамках проекта МНТЦ KR-72 сотрудники РФЯЦ-ВНИИТФ с помощью численной программы МИФ сделали прогноз распространения ореола загрязнения в районе Кара-Балта до 2250 года. В докладе рассмотрены результаты численных расчетов.

3. Моделирование миграции радионуклидов при глубинном захоронении радиоактивных отходов.

Важнейшей проблемой широкого использования в мире ядерных установок для производства энергии является проблема утилизации отработанного топлива. Накопление радиоактивных отходов происходит достаточно быстрыми темпами, и эта проблема встает перед человечеством все более остро.

Переработка отработанного топлива, дающая возможность создания замкнутого топливного цикла, в силу экономических и других причин не получила должного развития и не может решить коренным образом проблему, так как позволяет лишь уменьшить массу отходов, отделив ядерно-активные вещества. Необходимо осуществлять консервацию полученных высокоактивных отходов (ВАО) и их длительное хранение в специальных хранилищах-могильниках для снижения активности до безопасного уровня.

В настоящее время разрабатываются различные технологии захоронения. В некоторых из них предполагается помещение ВАО в состав керамической или минеральной матрицы, имеющей близкие свойства к основным минералам горной породы, в которой проводится захоронение; остекловывание, заключающееся в растворении ВАО в расплаве стекол заданного состава и т.д.

В рамках проекта МНТЦ №793 рассматривался ряд вопросов, связанных с захоронением непереработанного отработанного топлива на больших глубинах в массиве плотных коренных пород. В работе, выполняемой в РФЯЦ-ВНИИТФ, проводились расчетно-теоретические исследования, дающие информацию о миграции радионуклидов в геологическом массиве. Полученные результаты излагаются в настоящем докладе.