ИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА БЕНТОНИТОВОГО БУФЕРА В УСЛОВИЯХ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Abstract

Использование бентонитового буфера в качестве инженерного барьера предусмотрено во многих современных проектах глубоких подземных хранилищ высокоактивных отходов (ВАО). В хранили- ще уплотненный бентонит в виде брикетов размещается в пространстве между канистрой с ВАО и горной породой. Мощность бентонитового буфера составляет от 0.3 до 1.3 м. Изоляционные свой- ства бентонита выражаются в его низкой водопроницаемости, разбухаемости, пластичности, высо- кой сорбционной емкости и обусловлены высоким содержанием монтмориллонита (>60%). При на- сыщении бентонита подземной водой он разбухает и запечатывает трещины во вмещающих поро- дах. Для обеспечения максимальной долговечности канистр и минимальной растворимости ВАО состав бентонитов подбирается таким образом, чтобы поровые воды имели восстановительные слабощелочные свойства. Из-за низкой водопроницаемости миграция радионуклидов через буфер может осуществляться лишь с помощью диффузии. Если канистра обеспечивает изоляцию радио- нуклидов от подземных вод в течение 1000 лет, то бентонитовый буфер увеличивает этот срок ми- нимум на порядок. Преодолеть бентонитовый буфер могут лишь плохо сорбируемые долгоживу- щие радионуклиды (14С, 1291,79Se, 135Cs, 99Tc) и то через тысячи лет после разгерметизации канистр. К моменту разгерметизации канистр все коротко- и среднеживущие (137Cs, 90Sr) радионуклиды рас- падутся и 98% радиоактивности ВАО будет связано с актинидами. Бентонитовый буфер способен удерживать эти наиболее экологически опасные радионуклиды в течение практически неограниченного времени. Перенос радиоизотопов через буфер в коллоидной форме полностью исключен из-за очень мелкого размера пор в бентоните и отсутствия сквозных каналов. В подземных хранилищах остеклованных ВАО 79Se и 135Cs смогут преодолеть бентонитовый буфер только по прошествии 10000, а "Тс через 300000 лет. Основной вклад в загрязнение биосферы будет определяться изотопом 135Cs, причем связанная с ним доза облучения человека составит не более 10~3 дозы, получаемой от фоновой радиации. В хранилищах облученного ядерного топлива (ОЯТ) первыми в подземную воду через бентонитовый буфер начнут проникать 14С, 36С1,1291, отсутствующие в остеклованных ВАО. Однако и их вклад в дозу облучения человека не сможет превысить сотых долей от фоновой радиации. Можно уверенно заключить, что использование этого барьера позволит надежно обеспечить изоляцию наиболее опасных радионуклидов (актинидов) на требуемый период времени. Основным процессом, могущим ухудшить изоляционные свойства бентонита, является иллитизация монтмориллонита, скорость которой зависит от температуры и концентрации калия в подземных водах. Анализ экспериментальных и геолого-геохимических данных по условиям формирования глинистых минералов показал, что за время, в течение которого бентонит будет находиться под воздействием температуры вплоть до 250°С, количество новообразованных иллитовых межслоев будет незначительным и не сможет оказать заметного влияния на изоляционные свойства буфера. Это тем более справедливо для температуры 100°С, предусматриваемой в проектах подземных хранилищ ВАО большинства стран. Изоляционные свойства бентонита могут быть существенно улучшены за счет введения добавок, способствующих понижению растворимости ВАО в поровой воде и повышению его сорбционных свойств. Добавление железных опилок или стружки способствует повышению восстановительной емкости и теплопроводности буфера; вивианита - уменьшению растворимости ВАО, отвержденных в алюмофосфатное стекло; выветрелых пород основного состава, обогащенных лейкоксеном и гидроксидами железа - повышению сорбционных свойств. Высокая технологическая и экономическая эффективность позволяет рассматривать бентонитовый буфер в качестве основного инженерного барьера, надежно обеспечивающего безопасность подземных хранилищ ВАО.