В Москве обсудили вопросы использования глин и глинистых минералов для решения проблем изоляции радиоактивных отходов
В середине ноября 2019 года в Москве состоялись два научных мероприятия, посвященных глинам и глинистым минералам: в период с 7 по 12 ноября 2019 года прошла VI Российская Школа по глинистым минералам Argilla Studium-2019, а в ее продолжение 13-15 ноября – IV Российское Совещание по глинам и глинистым минералам.
Организаторами мероприятий выступили Российская Группа по глинам и глинистым минералам, ИГЕМ РАН, Комиссия по глинистым минералам Российского минералогического общества, Химический факультет МГУ им. Ломоносова и ИГГД РАН.
В общей сложности в школе и совещании приняли участие 147 человек из 34 городов, что является наибольшим показателем как по численности, так и по географическому охвату за всю историю проведения мероприятий подобного рода. Напомним, Международная группа по глинистым минералам была основана в 1994 году на международном совещании в Кракове. В России первая конференция по глинистым минералам прошла в 2004 году в Воронеже, затем в 2006 году в Пущино и в 2009 году в Звенигороде.
Программа школы и совещания включала как научно-технические семинары, так и ряд секционных заседаний с пленарными докладами, на которых были освещены вопросы кристаллохимии глинистых минералов, методы их идентификации, физико-химические, водно-физические и другие свойства глин, поведения глинистых минералов при выветривании, переотложении и преобразовании в ходе геологических процессов, применения глинистых минералов в промышленности, нефтегазовой отрасли и т.д.
С точки зрения атомной отрасли, наибольший интерес представляла научная секция №5 на тему «Глины и глинистые материалы в качестве сорбентов и изолирующих барьеров безопасности при утилизации радиоактивных отходов». В секции приняли участие специалисты ООО «Компания Бентонит», ИФХЭ РАН, ИБРАЭ РАН, ИГЕМ РАН, МГУ им. Ломоносова и зарубежных компаний – SKB и Университета Аристотеля в Салониках (Греция).
Основной темой секции стал вопрос определения свойств и выбора глин и глинистых материалов для решения проблемы окончательной изоляции радиоактивных отходов. Как известно, развитие атомной энергетики, а также решение проблемы «ядерного наследия» заставляет ставить вопросы о строительстве пунктов временной или окончательной изоляции для большого количества радиоактивных отходов, и использование глин (в частности, бентонитовых) для создания барьера, препятствующего проникновению радиоактивных материалов в окружающую среду, является важной научной задачей.
Даниэль Свенсон (Daniel Svensson)О зарубежном опыте, в частности, о длительных полевых экспериментах с бентонитом в шведской исследовательской лаборатории АСПО рассказал эксперт SKB Даниэль Свенсон (Daniel Svensson). Так, эксперт подробно объяснил научные принципы и результаты экспериментов Alternative Buffer Material (ABM) и Long Term test of bentonite (LOT), в которых изучается долгосрочное поведение бентонита, в том числе его набухание, гидравлическая проводимость, стабильность и пластичность, для изоляции высокоактивных РАО в контейнерах из меди. Данные эксперименты проводятся в лаборатории АСПО, построенной в 1995 году, с целью симуляции процессов, которые будут происходить в будущих подземных хранилищах РАО, а также для отработки будущих технологических компонентов и систем хранилищ.
Также зарубежным опытом в части применения глинистых минералов и цеолитов при обращении с радиоактивными отходами поделилась эксперт из греческого Университета Аристотеля в Салониках Фотеини Ноли (Foteini Noli). В своем выступлении эксперт рассказала об изучении взаимодействия радионуклидов и тяжелых металлов с природными и синтетическими сорбентами, а также об их применении для очистки водных сред от радиоактивных отходов.
Василий ЖигаревДва доклада представили эксперты компании «Бентонит» – производителя и владельца месторождений бентонитовых глин в России. О геологии и зональности качественных характеристик некоторых месторождений бентонитовых глин России рассказал Директор по качеству Василий Жигарев.
В качестве примера докладчиком были рассмотрены некоторые месторождения бентонитовых глин России (Республика Хакассия и Красноярский край).
«По результатам анализа характеристик рассмотренных месторождений очевидно, что все они имеют разное геологическое строение, генезис, структурную позицию, свойства полезного ископаемого, качественно-геологическую зональность. Все это обусловливает необходимость системного анализа всех особенностей каждого конкретного месторождения и оценки возможности подбора системы разработки этих месторождений, которая будет обеспечивать возможность извлечения полезного ископаемого, удовлетворяющего требованиям промышленности» - отметил Василий Жигарев.
Ольга ИльинаДиректор по развитию компании «Бентонит» Ольга Ильина представила результаты противофильтрационных и противомиграционных свойств материалов на основе бентонита для повышения безопасности объектов «ядерного наследия».
Речь идет о специально разработанном композиционном составе на основе бентонитовой глины «БентИнжект», который является противофильтрационным и противомиграционным барьером. Технология производства работ была подтверждена полевыми испытаниями, где была сооружена «стена в грунте» и свая глубиной 10 м по jet-технологии. Данные технологии могут быть успешно использованы для ремонта подстилающего слоя объектов «ядерного наследия», предотвращения процессов миграции радионуклидов, попадания воды в тело хранилища и потери устойчивости и несущей способности грунтов основания объекта.
Константин МартыновО требованиях к барьерным глинистым материалам для захоронения и консервации радиационно-опасных объектов рассказал старший научный сотрудник ИФХЭ РАН Константин Мартынов.
Несмотря на то, что к настоящему времени нормативные требования к характеристикам барьерных материалов не разработаны, базой для будущих нормативных документов может стать уже сложившаяся определенная практика в отношении требований к глинистым барьерным материалам, в частности, накопленный опыт по созданию глиняных барьеров безопасности, научно-техническому сопровождению этих работ и мировые тенденции.
По словам докладчика, в перечень нормативных требований целесообразно включить те показатели, от которых прямо зависит функциональные и технологические свойства материала, где конкретные наборы показателей вместе с методиками их определения следует устанавливать исходя из вида и класса РАО. При этом численные значения параметров могут сильно различаться в зависимости от конструкции, расположения ПЗРО, физико-химических условий среды и должны рассчитываться на основании конкретного проекта и являться частью проектной документации.
В рамках секции также были представлены доклады о микробном сообществе бентонитовых глин, компрессионных, фильтрационных и сорбционных свойствах барьерных материалов. Участники познакомились с экспериментами по определению давления набухания и коэффициента фильтрации компактированных бентонитов, а также с исследованиями по выявлению механизма преобразования структуры и адсорбционных свойств монтмориллонита в условиях техногенного воздействия.
Виктория КрупскаяИтоги впервые состоявшейся секции о глинах и глинистых материалах в качестве сорбентов и изолирующих барьеров безопасности подвели на заключительной панельной дискуссии, которую вела председатель Российской Группы по глинистым минералам Виктория Крупская. Участники обсуждали проблемы, озвучивали вызовы и планы возможного развития данной сферы в будущем.
Открывая дискуссию Виктория Крупская отметила, что основной задачей секции являлся поиск путей к соединению научных исследований и производства:
«На вопросы отвечает наука, но ставить вопросы должны проектировщики и производственники».
От Общественного совета Госкорпорации «Росатом» поприветствовала участников дискуссии член совета Алена Яковлева, президент российского отделения международной организации «Женщины атомной отрасли», руководитель портала «Атомная энергия 2.0». В своем выступлении она отметила, что
«проведение подобных мероприятий – это комплексный и ответственный подход к развитию российской науки в сфере глин, и, я уверена, он даст нужные и правильные подходы к обеспечению долгосрочной экологической безопасности радиоактивных отходов, а также будет способствовать компетентному диалогу между всеми заинтересованными сторонами – заказчиками, потребителями, государством и общественностью».
Дмитрий ПавловПродолжил дискуссию представитель проектной организации Дмитрий Павлов (Руководитель направления Санкт-Петербургского филиала АО «ФЦНИВТ «СНПО «Элерон» - «ВНИПИЭТ»), который отметил нахождение в данный момент проектной организации в некой неопределенности, в частности, которых существует две.
«Ранее неоднократно говорилось, что захоронение отходов в первую очередь опирается на мультибарьерный принцип безопасности. Существует система барьеров, где каждый барьер – это элемент в системе и очень важно понимать взаимовлияние этих барьеров. Сегодня по ряду барьеров нет четкого понимания. В частности, для отходов 1 и 2 класса опасности нет контейнеров, а это важный барьер, конструкция которого не известна. Это первая неопределенность. Вторая неопределенность связана с противоречивыми данными по поводу матрицы первого контейнера. Так, за годы развития атомной промышленности накоплен достаточно богатый ассортимент таких барьеров – битум, стекло, цемент и т.д. То есть у нас есть широкий спектр неопределенности и это мешает нам выбрать какую-то четкую концепцию», – отметил Дмитрий Павлов.
Продолжила тему вызовов и неопределенности Директор по развитию компании «Бентонит» Ольга Ильина:
«Мы всегда открыто рассказываем об объемах, запасах и производственных мощностях компании «Бентонит». Наши возможности покрывают потребности атомной отрасли и в любой момент мы готовы выдать тот объем бентонита и тот продукт, который требуется. Но сейчас у нас есть объекты «ядерного наследия», новые пункты захоронения и консервации РАО – все объекты разные и требуют индивидуального подхода. В любом случает нужны нормативные требования к материалам инженерных барьеров для того, чтобы гарантировать будущим поколениям безопасность захоронения РАО и мы надеемся, что они появятся в скором будущем».
Ряд участников секции выступили с предложением о создании координирующего центра, позволяющего объединить усилия различных ведомств для решения вопросов, связанных с созданием пункта глубинного захоронения РАО в Нижне-Канском массиве. Так, Денис Сыченко (Начальник технического отдела Санкт-Петербургского филиала АО «ФЦНИВТ «СНПО «Элерон» - «ВНИПИЭТ»), комментируя итоги секции, отметил:
«Представленные исследования играют большую роль при будущем переходе от теории к практическому применению новых типов инженерных барьеров для ПГЗРО. Для практического подтверждения научных выводов и обоснований, необходимо обладать действующей лабораторией уже к моменту всестороннего утверждения концепции окончательного захоронения РАО. В рамках проектных работ возникает задача выбора оптимальной компоновки ПГЗРО с учетом теплового режима во многом определяющего выбор материалов и конфигураций бентонит-содержащих изолирующих инженерных барьеров (ИИБ). Выбор типов инженерных барьеров, играет первостепенную роль при предотвращении попадания нуклидов в окружающую среду. В этом плане нам необходимо будет освоить изготовление специальных прессованных изделий из бентонита. Реализации этой темы способствует всестороннее обсуждение и химических составов глин и их воздействия на конструктивные элементы конструкций, в нашем случае – контейнера, предназначенного для окончательного захоронения. Мы благодарны за приглашение к участию в этом мероприятии. Оно позволяет более плотно подойти к вопросам практической реализации той концептуальной деятельности, которая ведётся НО РАО и РосРАО. Мы, как проектировщики, заинтересованы в том, чтобы при корректировке проектной и рабочей документации опираться на рабочую концепцию, которая прошла верификацию и утверждение на всех уровнях со стороны науки для включения в рабочий проект, что позволит сократить материальные и временные затраты на реализацию проекта, минимизируя количество повторных корректировок документации.
Этот проект новый для Российской Федерации, и на каждой стадии нам нужна поддержка научных учреждений и опыт практических исследований для всестороннего анализа моделируемых концепций при реализации их в проектной документации. Создание проектного офиса в Госкорпорации «Росатом» способно улучшить финансирование, в частности для таких задач, как изготовление полноразмерных изделий из прессованного бентонита и опытной партии контейнеров для окончательного захоронения, что в конечном итоге позволит проводить требуемые испытания изолирующего инженерного барьера, практически обосновывая выбор концепции. Под руководством проектного офиса появится возможность сформировать программы НИОКР для реализации на базе ПИЛ, специалисты которого будут непосредственно отвечать, в том числе и за внедрение концепции при переходе от исследований к практическим вопросам строительства ПГЗРО в Нижнеканском массиве. Во-первых, результаты работы Подземной Исследовательской Лаборатории можно будет стандартизировать для использования в проектировании и строительстве на других объектах ГК «Росатом» в России и за рубежом, во-вторых, демонстрировать полученные транспарентные данные, обосновывающие долговременную безопасность на объекте захоронения радиоактивных отходов при проведении общественных слушаний в регионе. С учетом консолидации общих усилий надлежащим образом, вполне возможно, что проблему «ядерного наследия» мы не переложим на плечи будущих поколений, а решим в наше время».
В свою очередь заведующий лабораторией радиохимии ГЕОХИ РАН, член НТС №5 Госкорпорации «Росатом» и Межведомственного научного совета по радиохимии при Президиуме РАН и Госкорпорации «Росатом» Сергей Винокуров отметил:
«Я специально пришёл на секцию №5 данной конференции, связанную с тематикой захоронения РАО при использовании барьеров на основе глин. По общему сложившемуся убеждению большинства специалистов проблема радиоактивных отходов является одной из ключевых в развитии атомной отрасли. В последнее время принята концепция, что отходы должны быть помещены на промежуточное либо окончательное хранение, и времени для достижения этой задачи остается все меньше. При этом в настоящий момент между различными научными группами нет единого мнения по пути решения этой проблемы. Считаю, что имеет смысл объединять усилия в рамках некоего координационного центра, который вносил бы свои рекомендации заказчику – Госкорпорации «Росатом» и подведомственным ему предприятиям по данным вопросам. Если окончательное решение вопроса с захоронением РАО может показаться далёкой проблемой, то сейчас есть и другие задачи, например, вывод ядерных и радиационно-опасных объектов из эксплуатации, где эти барьерные глинистые материалы также используются. Пока ещё работы в этом направлении недостаточно скоординированы, поэтому мероприятия наподобие сегодняшнего в этом отношении очень полезны. Еще раз подчеркну, что желательно было бы создать официальный координационный совет, который, в отличие от НТС, мог бы решать не только чисто научные задачи, но и практические, в т.ч. вопросы инвестирования».
Следующие VII Российская Школа по глинистым минералам Argilla Studium и VI Российское Совещание по глинам и глинистым минералам пройдут в 2021 году. Ещё одно знаменательное событие состоится в 2023 году в Москве – с 10 по 14 июля в главном здании Российской Академии Наук и МГУ им. Ломоносова пройдет международная конференция EUROCLAY 2023.