Как в мире решают проблему ОЯТ. Часть третья, вариант Дип Айзолейшн.

Строительство Белорусской АЭС вышло на финишную прямую. В этом году первый блок выдаст в электроэнергетическую сеть страны первые киловатт-часы. Выработка энергии на АЭС будет сопровождаться побочным процессом, а именно, свежее ядерное топливо будет превращаться в выгоревшее, или как его ещё называют, отработавшее ядерное топливо (ОЯТ). 

Конечно, Белорусская АЭС в этом смысле не уникальна. ОЯТ получается при работе любой АЭС или любого реактора. Как страны и компании предлагают поступать с ОЯТ? 

В первой части статьи http://belatom.by/news/154 мы рассказали о решениях, предлагаемых американской компанией «Holtec». Во второй части http://belatom.by/news/159 мы познакомились с красивейшим и современным американским проектом микрореактора «Aurora», обладающего способностью работать на уже побывавшем в других реакторах топливе. 

Сегодня мы вновь обратим взор на Америку, на молодую и наглую компанию «Deep Isolation». Её основатели считают, что проблема ОЯТ может иметь простое и элегантное (или экстравагантное?) решение – отработавшее ядерное топливо можно закопать глубоко в землю прямо там же, где оно использовалось, а именно, на атомной станции. 

 Скважина для хранения контейнеров с ОЯТ. Контейнеры хранятся на горизонтальном участке (помечен как «Waste disposal section»). Здесь и далее авторство всех фотографий – «Deep Isolation».

Горизонтальные скважины. 

Компания «Deep Isolation» основана в 2016 году. Среди её сотрудников есть технари, экологи, экономисты и бизнесмены. Компанию консультируют специалисты из «Bechtel», инвесторы выдали компании 14 миллионов долларов и сразу несколько потенциальных заказчиков прислали письма о намерениях. 

Концепция, которую продвигает компания, на сторонний взгляд выглядит просто. Отработавшее ядерное топливо помещается в стальные контейнеры (9-13 дюймов в диаметре и 14 футов длиной). Затем контейнеры погружаются в сверхдлинные буровые скважины (2 мили и более) для длительного или вечного хранения. 

Весь секрет технологии – в форме скважины. Начинается она вертикально, но по мере углубления изгибается и на заключительном участке пробуривается горизонтально или почти горизонтально. 

Длина вертикального участка может быть различной, в зависимости от конкретных условий. Но в любом случае он будет достаточно глубоким, от нескольких тысяч футов до нескольких миль. 

Горизонтальный участок длиной 1-2 мили предназначается для размещения контейнеров. После того как все контейнеры будут загружены, скважину запечатают. Для этого могут использоваться бентонит или другие подходящие материалы и породы.

Технология бурения 

Появление концепции хранения ОЯТ от «Deep Isolation» стало возможным благодаря развитию в мире технологии наклонно-направленного бурения (directional drilling). Это метод бурения скважин, имеющих сложный пространственный профиль – вертикальный верхний участок и последующие участки с заданными отклонениями от вертикали. 

Первые попытки промышленного применения наклонно-направленного бурения относятся к 1930-ым годам, когда американские нефтяники использовали его для добычи нефти в Техасе. Интересно, что метод довольно быстро переняли в СССР, где уже в 1941 году его применили на труднодоступных нефтяных месторождениях в Азербайджане. 

Но настоящий прорыв в развитии этой технологии случился в 1990-ые годы, когда стало возможным создавать горизонтальные участки скважин длиной несколько миль. Большой интерес к технологии проявили американские сланцевики. Всего, по данным «Deep Isolation», в одних только США с применением технологии наклонно-направленного бурения пробурено в общей сложности более 50 тысяч скважин. Иными словами, технология доросла до стадии зрелости и стала относительно дешёвой. 

Одну из существующих коммерческих скважин компания «Deep Isolation» задействовала в январе 2019 года для демонстрации своей концепции хранения ОЯТ. Имитатор контейнера был опущен в вертикальный участок на глубину 2200 футов, а затем при помощи специализированного устройства («трактора») был затолкан в горизонтальную секцию на расстояние более 400 футов. В заключительной части демонстрации при помощи того же трактора имитатор был извлечён на поверхность.

Загрузка имитатора контейнера в скважину.

Выгруженный из скважины имитатор/

Преимущества и проблемы 

Как и у любой новой технологии, у предлагаемой «Deep Isolation» есть преимущества и слабые места. 

Предложение, с которым недавно выступила компания (бурить скважины для хранения ОЯТ прямо или рядом с площадками АЭС) выглядит чрезмерно новаторским и даже хулиганским. Смысл в нём есть. Если ОЯТ закапывать рядом с атомной станцией, то исчезает необходимость в его перевозке к месту хранения или переработки. 

Для Соединённых Штатов вопрос о транспортировке ОЯТ стоит остро. Местные власти крайне недовольны любыми намёками на то, что мимо их городов будут проезжать фуры с отработавшим ядерным топливом. А если дело доходит до перевозки ОЯТ в другие штаты, то в этом случае к политическим баталиям подключаются как минимум губернаторы, не говоря уж о сенаторах и конгрессменах. 

С другой стороны, если ОЯТ закопать прямо на АЭС, то станция со временем превратится в могильник опасных радиоактивных отходов, за которым придётся присматривать, долго или вечно. Это устроит далеко не всех владельцев АЭС, а ведь есть ещё и окрестные жители, у которых на сей счёт могут быть свои соображения. 

Справедливости ради, бурить скважины на АЭС совершенно необязательно. В конце концов, в такой стране как США возможно подобрать подходящие площадки вдали от населённых мест, где и пробурить нужное количество скважин для хранения ОЯТ со всех станций. Правда, при этом проблемы с транспортировкой ОЯТ вновь встанут в полный рост. 

К технологии «Deep Isolation» имеются также вопросы технического характера. Например, как поступать, если контейнер с ОЯТ оборвётся или застрянет при загрузке? Задача по его извлечению решаемая, но трудоёмкая и чреватая радиационными инцидентами. 

Задуматься заставляет и другой технический аспект. Технология не препятствует извлечению контейнеров с ОЯТ. Запечатанную скважину можно распечатать, погруженные контейнеры из горизонтальной секции извлечь. С одной стороны, это преимущество технологии, так как в будущем на содержащиеся в ОЯТ уран и плутоний может возникнуть спрос. Но с другой стороны, это её слабое место, ведь пожелать добыть из скважин ОЯТ могут террористы, диверсанты и другие злонамеренные личности. 

В «Deep Isolation» отвечают так: «Да, извлечь контейнеры из запечатанной скважины возможно, но эта работа под силу только государству. Никакие террористические организации с ней не справятся». Увы, к большому нашему сожалению, возможности подобных организаций постоянно растут, и кто знает, на что они станут способны через пару десятилетий. 

Пока в Соединённых Штатах ищут и никак не могут найти наиболее подходящий способ обращения с ОЯТ, перенесёмся в Европу. Франция – единственная в мире страна, освоившая в промышленных масштабах переработку ОЯТ и изготовление из него так называемого MOX-топлива. Что по проблеме ОЯТ делается во Франции и есть ли во французской бочке мёда ложка дёгтя? Об этом читайте в следующей части статьи.