Комментариев: 004.10.2012

http://www.geo.ru/nauka/

Йорн Ауф дем Кампе, Юрген Бишоф

 Серое море ячменя колышется под порывами ветра на холмах Лотарингии. Посреди колосящихся полей на северо-востоке Франции затерялась деревня Уделенкур: 372 жителя, серые дома, три улицы и временно неработающая мясная лавка. Мэр Робер Фернбах смотрит с пригорка вниз на деревню. И видит светлое будущее: «На канале мы могли бы построить порт и железнодорожную станцию. А вон там проложить рельсы», по которым покатится поток ядерных отходов.

 По десять вагонов в неделю — с отработанными охлаждающими материалами, радиоактивными металлическими деталями топливных элементов и «выгоревшим» ядерным топливом, вплавленным в стекло и запечатанным в герметичные стальные контейнеры. Все это отходы 58 действующих сейчас во Франции ядерных реакторов. Здесь, в департаменте Мез, должен быть построен могильник в толще глинистых отложений. Подземное хранилище планируется ввести в эксплуатацию к 2025 году. Для вывоза отвалов грунта на баржах понадобится более десяти лет. Франции нужен вечный склад для ядерных отходов. И мэру Уделенкура рисуются радужные перспективы: больше рабочих мест, больше жителей, больше поступлений в местный бюджет. Первые плоды уже налицо. В деревушке Бюр (население — 94 человека) энергоконцерны установили уличные фонари. А на вершине холма выросло новое здание администрации — «Бельвю». Вылитый космический корабль, с кожаными креслами и панорамным видом на окрестные луга. Здание мэрии Уделенкура тоже уже отремонтировано, за счет инвесторов. Неужели этого достаточно, чтобы согласиться на размещение у себя ядерной свалки?

 Робер Фернбах, уроженец Эльзаса и отставной военный с аккуратно подстриженной бородой, уже не раз слышал этот вопрос. И отвечает слегка раздраженно: «У регионов, где строятся АЭС, тоже никто не спрашивает, согласились ли они на это ради денег». Закон предписывал, чтобы на предмет пригодности для захоронения ядерных отходов были исследованы 30 площадок. Но местное население протестовало. И лишь в департаменте Мез 18 из 19 общин согласились на размещение могильника. В ответ на это Национальное агентство по обращению с радиоактивными отходами (ANDRA) проложило экспериментальные шахты в глубоких глинистых отложениях. А федеральное правительство в Париже внесло поправки в закон об атомной энергетике, разрешив ограничиться одним-единственным испытательным полигоном. В департаменте Мез. С политической точки зрения это идеальное место — далеко от центра, малонаселенное. Народ здесь привык подчиняться начальству и не задавать лишних вопросов. Строительство хранилища в Лотарингии — дело решенное. Если ему что-то и помешает, то лишь естественные препятствия в толще грунта, которые могут обнаружиться в ходе геологоразведки. Атомщики торопятся. И не только во Франции. По всему миру ученые ищут места для захоронения отходов с атомных электростанций.

Первая в мире АЭС была запущена 26 июня 1954 года в Обнинске, в 110 километрах от Москвы. Мощность ее реактора составляла всего пять мегаватт, как у одного современного ветрогенератора. К концу 2011 года в 31 стране мира работало уже 435 атомных реакторов. 104 из них — в США. Они покрывают 15 процентов глобальной потребности в электроэнергии.

 Доля атомной энергетики в разных странах варьируется. Во Франции почти три четверти электричества вырабатывается на АЭС, а излишки продаются за границу. В США она составляет лишь 20 процентов, а в Индии — всего три процента. В России на десяти АЭС вырабатывается почти 16 процентов энергии, потребляемой в стране. Радиоактивные отходы делятся на три основные категории: низко-, средне- и высокоактивные.

 Самые опасные — продукты «выгорания» топливных стержней. «Выгоранием» этот процесс называется условно. В прямом смысле слова ядерное топливо не «горит», то есть не подвергается химической реакции окисления с выделением света и тепла. В топливных стержнях расщепляются ядра урана с выделением свободных нейтронов, которые запускают так называемую цепную реакцию. То есть вызывают дальнейший ядерный распад. В результате образуется множество новых элементов, в том числе цезий, йод и стронций. Они и являются радиоактивными. При их распаде выделяется насыщенное энергией излучение.

 Кроме того, в состав топлива входит два изотопа урана: уран-235 и уран-238, имеющий три дополнительных нейтрона в ядре. Второй расщепляется труднее первого. При столкновении нейтронов с ним образуется еще ряд радиоактивных элементов. Например, тяжелые металлы — нептуний и америций. В отработанных топливных стержнях таится и еще один тяжелый металл — плутоний-239. Он генерирует радиоактивный фон радиусом несколько сантиметров. От такого излучения может защитить даже кусок ткани. Но попадание всего одной миллионной части грамма этого вещества в организм может быть смертельным. Оно откладывается в легких, печени и костях. И почти наверняка вызывает рак. Период полураспада этого радиоактивного металла — 24 110 лет. А йода-129, который тоже содержится в ядерных отходах, — 16 миллионов лет. При расщеплении и распаде ядер урана выделяется не только радиация, но и тепло. Именно оно используется на АЭС для производства электричества. Предельно допустимая температура нагрева сердцевины топливных стержней — около 1200 градусов Цельсия. Отработанные топливные кассеты вынимают из реактора с помощью крана и помещают на несколько лет в бассейн энергоблока для охлаждения.

 При сбое в работе системы теплоотвода стержни могут разогреться до 2500 градусов. И тогда начинается расплавление активной зоны. Что и произошло в марте 2011 года на японской АЭС «Фукусима-1». Многие страны, эксплуатирующие атомные реакторы, отправляют отработанные топливные стержни на переработку во Францию и Великобританию. Там из них извлекают неиспользованную часть урана и образовавшийся в реакторе плутоний. Это позволяет использовать повторно до десяти процентов топлива. Непригодные для применения радиоактивные материалы сплавляют со стеклом и заливают в герметичные стальные цилиндры. Температура внутри контейнеров достигает 400 градусов Цельсия. Перед захоронением их нужно охлаждать еще несколько десятков лет. Все это время их держат в хорошо вентилируемых наземных складах в специальных контейнерах. А иногда и прямо под открытым небом.

 В России большая масса малотоксичного радиоактивного мусора скопилась на заводе «Маяк» в Челябинской области, где в 1957 году произошла одна из самых крупных ядерных катастроф в истории — из-за выхода из строя системы охлаждения взорвалась емкость с жидкими ядерными отходами. От последствий выброса радиации умерло, по разным оценкам, от нескольких сотен до нескольких тысяч человек. По суммарной радиоактивности ядерный мусор, хранящийся на территории «Маяка», вдвое превосходит выброс с Чернобыльской АЭС в 1986 году.

 Невероятно, но факт: никто точно не знает, сколько ядерных отходов скопилось на Земле. Даже специалисты Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Международная база данных о количестве хранящихся в мире отработанных топливных стержней не помешала бы, считает глава пресс-службы МАГАТЭ Джованни Верлини. А пока эсперты агентства полагаются на ориентировочные подсчеты. По их данным, к концу 2010-го объем радиоактивного мусора в мире составлял 345 тысяч тонн. А к 2022 году достигнет 450 тысяч. Куда все это девать?

Нормативы по хранению отработанного ядерного топлива государства — члены МАГАТЭ установили в 1997 году. «По возможности» оно должно утилизироваться на территории тех стран, где было произведено. И с таким расчетом, чтобы «последствия захоронения не стали неподъемным бременем для будущих поколений». На сегодня «ни одна страна не располагает геологическим хранилищем для бессрочной или хотя бы долговременной консервации отработанных топливных стержней», жалуются эксперты МАГАТЭ.

 Решение о строительстве вечных хранилищ приняли лишь три государства: Финляндия, Швеция и Франция. Но все эти объекты пока находятся на стадии проектирования или строительства. Остальные страны еще не определились, что делать с наследием эпохи «мирного атома». Время от времени выдвигаются все новые, подчас безумные идеи избавления от ядерных отходов. Вроде той, которую запатентовал в 1956 году один немецкий физик: сбрасывать радиоактивные контейнеры с самолетов в Антарктиде. Там они, растопив лед, должны сами погружатся на глубину.

 У американских ученых была не менее радикальная идея — катапультировать ядерные отходы на Солнце. Идею забраковали: слишком ненадежно. И слишком дорого. Вывод 500 граммов груза на околоземную орбиту стоит десять тысяч долларов. А в США скопилось уже 70 тысяч тонн радиоактивных отходов. В 1980-е годы специалисты обсуждали возможность захоронения ядерных отходов в строго охраняемых наземных бункерах. Но и эта идея была отброшена. Потому что любое наземное сооружение гораздо больше подвержено водной и ветровой эрозии, чем подземное. И потом, требования безопасности, предъявляемые к таким объектам, заведомо невыполнимы. Мало оградить людей от угрозы, исходящей от хранилища. Необходимо еще и обезопасить его от людей. Что, если в будущем найдутся желающие завладеть его опасным содержимым? Сейчас в такое трудно поверить. «Но кто в 1900 году мог предвидеть две мировые войны, — говорит Хорст Гекайс, химик из Института по утилизации ядерных отходов в Карлсруэ (Германия). — Увы, человек непредсказуем».

 Наверное, еще и поэтому захоронение радиоактивного мусора под землей считается сегодня самым безопасным вариантом. Технические и геологические барьеры предотвратят выход радиации на поверхность. Ядерные отходы можно запаять в стальные контейнеры, уложить в бетонные саркофаги, защитить теплостойкими горными породами и пластом скал. В 2002 году немецкие специалисты определили технические требования к таким объектам. Могильник должен находиться на глубине не менее 300 метров и не более полутора километров. Иначе температура в хранилище будет слишком высока, а затраты на земляные работы — чересчур велики. Толщина слоя горной породы, в которую захораниваются капсулы с радиоактивным мусором, должна быть не менее 100 метров. А скорость прохождения грунтовых вод сквозь его толщу — не выше ста микрон в секунду. Тогда молекуле воды понадобится 317 лет, чтобы просочиться на один метр. Наконец, нужна стопроцентная гарантия того, что эти условия сохранятся в могильнике на ближайший миллион лет. Там не должно быть никаких признаков вулканической активности или подземного скопления газов, которые могут вырваться на поверхность. Ученые составили список из четырех типов горных пород, пригодных для захоронения радиоактивного мусора. Но ни один вариант нельзя считать идеальным, говорит швейцарский геолог Маркос Бузер. В Германии пока отдают предпочтение отложениям каменной соли. «Сама по себе соль — материал очень сухой. Если поблизости нет воды». Она отличается хорошей теплопроводностью, что важно для хранения радиоактивных материалов. Благодаря сыпучести соль быстро заполняет трещины, которые могут образоваться в толще грунта. Но высокая подвижность — это не только достоинство, но и недостаток. Вместе с массой соли могут перемещаться и контейнеры.

 В Финляндии и Швеции делают ставку на гранит. Порода это прочная и устойчивая. Но очень хрупкая и подверженная растрескиванию. Через трещины к захоронению могут просочиться грунтовые воды, что чревато их радиоактивным загрязнением. В США до последнего времени планировалось построить могильник в толще туфовых отложений в пустыне Невада. «Туф — пористый материал. Он хоть и создает надежный барьер на пути распространения радиоактивных частиц, но пропускает воду, как губка», — говорит Бузер. К тому же это минерал вулканического происхождения. А значит, его наличие указывает на очаг геологической активности. В Швейцарии и Франции экспериментируют с глинистыми отложениями. «Глина впитывает воду лучше, чем соль. И абсорбирует радиоактивные частицы не хуже туфа. Но плохо проводит тепло», — объясняет Бузер. А ядерные отходы не должны разогреваться до температуры выше 100 градусов Цельсия. Иначе в скальном пласте над саркофагом могут образоваться трещины.

 Строящееся подземное хранилище в Лотарингии похоже на подвал футбольного стадиона. Бетонные полы сверкают как надраенная палуба. Вдоль стен тянутся трубы коммуникаций. По туннелям с грохотом носятся автопогрузчики, шагают рабочие в шлемах. Через раструбы метровой ширины насосы гонят сухой воздух в лабораторию на глубине 500 метров под пашнями деревни Бюр.

 Могильник в Юкка-Маунтин — это катастрофа, — говорит Герхард Йенч, немецкий геофизик и эксперт по экологической безопасности районов размещения хранилищ ядерных отходов. Туфовые пласты залегают рядом с молодыми вулканами. К тому же геологи выявили там тектонические деформации — следы мощных землетрясений. И зарегистрировали за последние 20 лет более 600 подземных толчков средней силы. В 2007 году прямо под предполагаемым местом строительства блока для охлаждения отработанного ядерного топлива обнаружилась сейсмически опасная зона. Из туфовых туннелей в Неваде немецкий специалист привез сувенир: «Кусок известкового шпата, который образуется только при наличии водяных подтеков. В Юкка-Маунтин из стен шахт сочится вода». Теперь поиски площадки для могильника в США начинаются с нуля. Нечто подобное происходит и в Германии. После многолетних исследований потенциальной площадки для захоронения ядерных отходов в бывших соляных копях у местечка Горлебен эксперты признают: у проекта нет будущего. По новым нормам безопасности, принятым в конце 2010 года, хранилища должны быть устроены с таким расчетом, чтобы даже после консервации высокотоксичные отходы могли быть извлечены на поверхность в экстренном случае как минимум в течение 500 лет. «А значит, соляные отложения не подходят, — говорит Герхард Йенч. — Они подвижны, а вместе с ними рано или поздно перемещаются и контейнеры. Через 500 лет их вряд ли можно будет найти». В вопросе альтернативы немецкий геофизик осторожен: «Лучший вариант — это глинистые формации. Они, конечно, тоже двигаются. Но намного медленнее». Так что в ближайшее время планам немецких атомщиков не суждено сбыться. «Бессрочное хранилище ядерных отходов может быть введено в эксплуатацию не ранее 2035 года», – говорят в Федеральном ведомстве по радиационной безопасности. Вот почему над строящейся подземной лабораторией в Лотарингии уже много лет развевается и немецкий флаг. Специалисты из Германии изучают там глинистые отложения совместно с французскими коллегами. А как же насчет гранита, на который делают ставку финны? «У нас еще нет ни машин, ни технологий для щадящей выемки гранита, — говорит швейцарский геолог Маркос Бузер. — Пока его по старинке бурят или взрывают. После чего всегда остаются деформации». Целая сеть мелких трещин в толще породы. «Мы знаем это по опыту строительства горных туннелей. Через эти трещины может просачиваться вода». «Считается, что скандинавские проекты дают долговременную гарантию безопасности, — поясняет Герхард Йенч, — но обеспечить ее должны не геологические свойства породы, а специальные медные контейнеры. Если же от влаги они проржавеют раньше расчетного срока, то возникнет серьезная проблема». У французов тоже есть повод для беспокойства.

 Уже доказано, что лотарингские глинистые формации подвержены растрескиванию. При прокладке туннеля в их толще необходимо так рассчитать угол наклона и дистанцию до соседних шахт, чтобы трещины не распространились по прилегающим пластам. Иначе это может привести к их подвижке. Йенч вообще сомневается, что трубы с капсулами способны выдержать давление породы. И опасается, что они могут деформироваться. Тревогу внушают и результаты экспертизы американских специалистов, к которым обратился за консультацией мэр Уделенкура. Согласно их заключению, прогнозы французских исследователей относительно темпов переноса радиоактивных частиц в глинистых формациях слишком оптимистичны. Для проведения более точных расчетов нужны десятки лет научной работы. Тем более что рядом с проектируемым могильником пролегает разветвленная система подземных потоков, несущих воды из департамента Мез на запад — до Парижа. Вот почему все больше ученых требуют: независимо от типа хранилища надо обеспечить возможность повторного извлечения отходов из захоронения даже через несколько сотен лет. И эту задачу придется решать всем странам, накопившим радиоактивный мусор. «Без этого не обойтись, — говорит Бузер. — Каким бы надежным хранилище ни было на бумаге, в реальности все происходит иначе».

 А что, если через несколько тысяч лет люди захотят вскрыть хранилища ядерных отходов — из любопытства или интереса к культуре двадцать первого века? Засекретить места захоронения? Или оставить потомкам послание с предупреждением об опасности? Долгое время ученые ломали голову над выбором предупреждающих знаков, которые будут понятны и через тысячи лет. В 1991 году комиссия Министерства энергетики США даже рекомендовала воздвигать на местах захоронений насыпи с частоколом из гранитных столбов, снабженных табличками с предупреждающими надписями на семи языках. Так больше шансов, что наши потомки смогут расшифровать послание, даже если сами эти языки уже выйдут из употребления. За образец взят знаменитый Розеттский камень с надписью на двух языках, который послужил для археологов ключом к расшифровке египетских иероглифов. А в 1980-е годы американский специалист по семиотике и лингвистике Томас Себеок предложил создать вокруг ядерных могильников религиозный культ, секрет которого должны хранить члены особой касты ученых-жрецов. Смешно? Но история учит, что верования сохраняются в памяти поколений лучше, чем технические знания. Например, возраст Стоунхенджа — около пяти тысяч лет. А ведь никто уже не знает, как его строители смогли взгромоздить друг на друга огромные каменные глыбы. Если наука бессильна перед такой проблемой, то что уж говорить о строительстве подземных хранилищ на века?

 Промзона Флиссинген-Ост в устье Западной Шельды на юго-западе Голландии. В небе кружит канюк, через дорогу переходит фазан, под североморским бризом с гудением вращаются винты ветрогенераторов. Идиллия, да и только. Если не знать, что рядом работают химкомбинат, алюминиевый завод, две электростанции — угольная и атомная. И комплекс COVRA — Центральной государственной организации по радиоактивным отходам. Хранилища окрашены в ядовито-яркие цвета. В центре комплекса желтеет ангар. На его стенах во всю высоту выведены едко-зеленой краской формулы энергии Эйнштейна и Макса Планка: E = mc2 и E = h. Согласно первой, энергия любого тела (E) связана с его массой (m). Согласно второй, энергия частиц света зависит от частоты электромагнитного излучения (). Намек на то, что радиация хоть и не осязаема, но материальна. «Наше хранилище — самое надежное сооружение в стране, — говорит Эвуад Винсент Ферхуф. — Оно рассчитано как минимум на 300 лет», — объясняет 38-летний химик, совмещающий обязанности заместителя директора, начальника научно-исследовательского отдела и пресс-секретаря.

 В двух ангарах со слаборадиоактивным мусором еще много места. Поэтому COVRA предложила использовать их для хранения экспонатов из фондов голландских музеев. «У нас оптимальные условия, стабильная температура и влажность», — говорит Ферхуф. Кругом ни одного охранника. Ферхуф открывает автоматические двери, прикладывая к датчику карту с чипом и набирая секретный код. «Да кто сюда сунется? Если «Гринпис» захочет провести акцию протеста — пожалуйста. А террористы смогут в лучшем случае добраться до входа в здание. Но не дальше». Стены толщиной 1,7 метра способны выдержать землетрясение силой 6,5 балла, взрыв на соседней газовой электростанции и падение истребителя. И даже десятиметровое наводнение — выше самых худших прогнозов климатологов. «Мы предусмотрели все»,¬— говорит он. И открывает дверь. Внутри ни души. Вглубь ведет бетонный проход. Вся проводка проложена поверх стен. «Все сконструировано максимально просто, — подчеркивает Ферхуф. — И продумано до мельчайших деталей. Мы не хотели создавать полностью автоматизированную систему». При необходимости каждый процесс может управляться и в ручном режиме. Ответственные решения должен всегда принимать человек. А не компьютер. «Так мы сможем сохранить опыт обращения с этими опасными материалами», — говорит он. И передать его, по крайней мере, ближайшим поколениям. На втором этаже — просторный зал с красным бетонным полом. В него утоплены 120 круглых светло-серых люков, завинченных мощными болтами. Под каждым — метровый бетонный колодец с контейнерами, наполненными радиоактивными отходами. Их температура — 120 градусов Цельсия. Один люк открыт. На краю сидит на корточках техник с газоизмерительным прибором. «Мы наполняем контейнеры гелием, — объясняет Ферхуф, — а бетонные колодцы — аргоном. Это инертный газ». Гелий легче воздуха, аргон — тяжелее. «И периодически смотрим, нет ли в аргоне следов утечки гелия. Так мы проверяем контейнеры на герметичность». На площадке перед бункером с радиоактивным мусором веет прохладой с Северного моря. Каждые 20 лет внешние стены хранилища планируют перекрашивать во все более бледные тона желтого цвета. «Это будет означать, что температура хранящихся в нем отходов снижается, — объясняет Ферхуф. — Через сто лет здание станет белым». Лишь надписи с формулами так и останутся ярко-зелеными. Ведь отходы по-прежнему будут радиоактивными. Некоторые — еще десятки тысяч лет. Наверное, когда-нибудь в будущем эту проблему удастся решить. А может, и нет.