Главная страница
Сведения об авторах

РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ: ПРОБЛЕМЫ ХРАНЕНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ

Воробьев А. Е., Российский университет дружбы народов (г. Москва, Россия)
Чекушина Т. В., Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (г. Москва, Россия)

Близповерхностное размещение на сегодняшний день является наиболее распространенным способом хранения радиоактивных веществ. Оценка безопасности размещения включает сведения по взаимодействию твердых веществ (матриц отходов, материалов инженерных барьеров и вмещающих горных пород) с омывающими их природными водами. На данный момент эти сведения являются определяющими в прогнозе поведения радионуклидов при долговременном хранении (захоронении).
При прочих равных условиях воздействие природных вод на горные породы, материалы инженерных барьеров (представленных преимущественно горными породами) и твердые матрицы отходов адекватны. Отсюда одним из критериев выбора места захоронения является условие минимальности воздействия природных вод на горные породы.
В соответствии с этим производится зонирование по степени взаимодействия природных вод и горных пород с целью определения территорий, наиболее благоприятных для захоронения радиоактивных отходов.
На земной поверхности и вблизи нее широко развиты процессы разрушения и изменения природных и искусственных образований. Их интенсивность в различных регионах может существенно различаться. Обычно она зависит от ландшафтных условий.
Анализ влияния ландшафтных условий на разрушение горных пород подземными водами является основой для дифференцирования регионов по их природной способности к ограничению перехода радиоактивных веществ из твердой фазы в жидкую и последующей миграции.
Скорость подземного химического выветривания, скорость подземной химической денудации, значения литогенной составляющая выноса, отношения выноса к остатку вещества, являются численными характеристиками процесса разрушения горных пород подземными водами. Значения этих характеристик для различных зон сведены в табл. 1.

Таблица 1

Распространенность некоторых элементов в породах земной коры

Из всех ландшафтных зон наименьшим значением выноса характеризуются регионы тундры - 1,5 т/год^.км² . Скорости подземного химического выветривания и подземной химической денудации в этих регионах также наименьшие.
Низкое значение выноса свойственно также регионам степей умеренной зоны. Оно составляет 1,8 т/год^.км², что всего лищь на 18% больше, чем в тундре. Скорости подземной химической денудации зон степей и тундры также практически одинаковы и являются самыми низкими.
Скорость подземного химического выветривания в зонах степей в 4 раза выше, чем в тундре, однако отношение выноса к остатку в зонах степей в 5 раз меньше, чем в тундре.
Низкая скорость подземного выветривания в тундре обусловлена преимущественным нахождением воды в форме льда. При этом движение подземных вод резко замедлено по сравнению с другими зонами. Различие в отношениях выноса и остатка связывается с разницей рН вод (6 - 6,5 в тундре и 7 - 7,7 в степях).
Несколько более высокими значениями литогенной составляющей выноса, отношения выноса к остатку вещества, скорости подземного химического выветривания и скорости подземной химической денудации характеризуются степи тропиков и субтропиков. Остальным ландшафтным зонам свойственна более высокая интенсивность разрушающих процессов.
Решение проблемы выбора зоны, наиболее благоприятной для длительного удержания радиоактивных веществ на месте хранения, связано с использованием указанных характеристик интенсивности разрушающего процесса.
Априорное знание о том, какая из характеристик (литогенная составляющая выноса, отношение выноса к остатку вещества, скорость подземного химического выветривания или скорость подземной химической денудации) имеет более высокую значимость,- отсутствует. Волевое решение о большей приемлемости той или иной характеристики носит субъективный характер и может оказаться ошибочным. Поэтому принимается условие их равной значимости.
Решение ведется двумя путями.
1. Устанавливаются взвешенные значения отражений по отдельно взятой ландшафтной зоне. Для этого каждое значение в столбцах 2, 3, 4, 5 (см. табл. 1) нормируется (делится) на наименьшие значения соответствующих столбцов. Полученные таким образом относительные значения суммируются по каждой строке отдельно.
Согласно результатам, представленным в табл. 2, наименьшей суммой взвешенных значений характеризуются степи умеренной зоны - 7,8, тундра - несколько большими значениями - 8,0.

Таблица 2

Химический состав подземных вод по различным породам северо-востока США (мг/л)

Наименьшая сумма взвешенных значений по строкам свойственна зоне с минимальным воздействием природных вод на горные породы.
2. К следующей особенности относится различие содержания натрия и калия в природных водах. Известно, что основные, наиболее распространенные соединения калия и натрия характеризуются близкими свойствами, в том числе растворимостью (табл. 3 и 4). Также близко их среднее содержания в горных породах. В зоне выветривания разрушаются и калиевые, и натриевые минералы. Интенсивности разрушения главных породообразующих натрий- и калийсодержащих минералов (плагиоклазов и микроклина соответственно) практически одинаковы. Несмотря на одинаковость перечисленных характеристик содержание калия в подземных водах на порядок меньше, чем содержание натрия. Данная особенность устойчива и проявляется практически повсеместно. То есть близкие по химическим свойствам элементы и их соединения в реальных геологических условиях заметно различаются по интенсивности перехода из твердой фазы в жидкую.

Таблица 3

Растворимость некоторых наиболее распространенных химических соединений Na и K (г/100 мл) при 298,15°К и 1 атм

Таблица 4

Кинетика растворения калий- и натрийсодержащих полевых шпатов в различных горных породах

Особенно показательны результаты гидрогеохимического опробования, проведенного на ручье, пересекающем Мунгашское медно-кобальтовое месторождение в Западном Саяне. Опробование произведено дважды - в периоды засухи и дождей. Место отбора проб - ниже по течению от рудной зоны, вскрываемой ручьем. В этой зоне, помимо меди и кобальта, присутствует олово.
В июне 1963 г. при отсутствии дождей воды ручья практически не содержали олова, зато медь присутствовала в концентрации до 0,012 мг/л, значение рН не превышало 6,2.
В августе 1964 г., когда шли затяжные дожди, содержание меди в водах ручья уменьшилось в 17 раз и составило всего 0,0007 мг/л, значение рН увеличилось до 6,9. Обнаружены резко повышенные концентрации олова (до 0,1 мг/л). Эти данные противоречивы:
а) уменьшение количества меди в водах ручья можно связать с увеличением общего количества воды (из-за повышения количества выпадения дождевых осадков), т.е . разбавлением, но при этом становится необъяснимым резкое повышение концентрации олова;
б) в сезон дождей увеличивается общее количество воды в ручье за счет атмосферных осадков. Осадки характеризуются значениями рН от 6,1 до 6,3, а воды ручья во время засухи имеют рН = 6,2. Естественно возникает вопрос: "За счет чего рН вод ручья во время дождей возрастает до 6,9?";
в) наиболее распространенное в природе соединение олова - касситерит (SnO₂) является исключительно стойким к действию водных растворов. Из других соединений:
· гидроксид олова находится в растворимом виде только в кислых растворах, когда рН не превышает 4,7;
· сульфид олова (SnS₂) растворим только в щелочных растворах при рН = 9.
Тем самым исключается возможность объяснения появления олова в водах ручья за счет растворения оловосодержащих минералов.
Такое неординарное поведение химических элементов указывает на то, что переход веществ из твердой фазы в жидкую и дальнейшая их миграция с потоком вод могут существенно отличаться от ожидаемых.

RADIOACTIVE WASTE PRODUCTS: PROBLEMS OF STORAGE AND RECYCLIN

Vorobyov A. E., Russian University of Friendship of Peoples, Moscow, Russia
Chekushina T. V., Institute of Complex Exploitation of Mineral Research, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

The variants of the storage sites of radioactive waste products are offered in view of geotechnological and climatic zones.

Главная страница
Сведения об авторах

© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 23.04.07