partagenocce (partagenocce) wrote,
partagenocce
partagenocce

Categories:

Стеклянный кошмар: очистка ядерного наследия Холодной войны в Хэнфорде

https://habr.com/ru/post/504074/

Три десятилетия учёные очищали 177 гигантских резервуаров с радиоактивной грязью в Хэнфордском комплексе. И эти работы только начаты.

Хэнфордский комплекс на юге штата Вашингтон вырабатывал оружейный плутоний во время Второй мировой войны и Холодной войны. Хэнфордская «вит-фабрика» разработана с целью подчистить отходы этого ядерного наследия.

Это место описывают с использованием превосходных степеней. Журналисты назвали его самым загрязнённым местом в западном полушарии. Также на этом месте расположилась одна из крупнейших строек мира.

В Хэнфордском комплексе на юге штата Вашингтон под песчаной почвой покоятся 177 гигантских баков, до краёв заполненных радиоактивными остатками 44 лет производства радиоактивных материалов. Со Второй мировой войны и всю Холодную войну ХФ выдавал плутоний, из которого было создано более 60 000 ядерных зарядов, включая атомную бомбу, стёршую с лица земли Нагасаки в августе 1945. Разраставшееся производство в итоге загрязнило почву и грунтовые воды, оставив за собой 212 млн литров токсичных отходов – достаточно для того, чтобы заполнить 85 бассейнов олимпийского размера. Уже несколько десятилетий комплекс не выдаёт плутоний, а правительство США до сих пор не может придумать, как очистить эту местность.

Сегодня это комплекс площадью в 1500 км2, что составляет примерно половину Род-Айленда [или сравнимо с Санкт-Петербургом / прим. перев.], представляет собой заросшее полынью и дымчатыми травами поле близ Ричленда в заливе Уош. Подземные резервуары из стали и укреплённого бетона сгруппированы в «фабрики» и находятся под центральной равниной, а закрытые ядерные реакторы окружают их как часовые. Учёные нашли уже 1800 различных загрязнителей внутри этих баков, включая плутоний, уран, цезий, алюминий, йод и ртуть. Вся эта масса, густая, как арахисовое масло, и солевые лепёшки, по консистенции напоминающие мокрый песок на пляже, залиты водой.

Все эти отходы остались от насыщенных военных времён и инноваций Холодной войны. [Spoiler (click to open)]С 1943 года эксперты из Хэнфорда первыми разрабатывали безопасные промышленные методы химического разделения плутония и облучённого урана. Их изначальный висмут-фосфатный процесс выдавал «таблетки» плутония размером с хоккейную шайбу, из которых затем формировали ядра, и использовали сначала в испытании атомной бомбы Тринити в 1945 году в Нью-Мексико, а затем для бомбы, сброшенной американцами на Нагасаки. За годы разработок специалисты придумали пять различных процессов, кульминацией которых стал пьюрекс-процесс (plutonium uranium extraction, PUREX), превратившийся в глобальный стандарт переработки ядерного топлива.

Каждый из методов порождал собственные отходы, которые хранились на месте переработки, а потом закачивались в подземные хранилища. Когда некоторые из старых резервуаров с одиночными стенками через много лет начали протекать, рабочие перекачали жидкости в новые, более надёжные баки с двойными стенками. При смешивании различных отходов проходили разные химические реакции, в результате чего каждая ёмкость оказалась заполненной собственной сложной смесью из жидкостей, твёрдого вещества и слякоти.

В итоге, когда в 1987 году Хэнфордский комплекс закончил выдавать плутоний, в хранилищах оказалось смертельное варево из химикатов, металлов и долговечных радионуклидов. Среди 177 баков не найдётся пары с одинаковой смесью внутри, но все они представляют значительный риск для общественности. Комплекс граничит с рекой Колумбия, снабжающей водой местные картофельные поля и виноградники, служащей местом размножения лосося, и обеспечивающей питьевую воду для миллионов людей. Пока что из стареющих и ржавеющих резервуаров наружу утекло порядка 4 млн литров жидкости. Некоторые эксперты считают, что рано или поздно оттуда просочится ещё больше отходов.

Министерство энергетики США (DOE), управляющее Хэнфордским комплексом, десятилетиями нацеливалось на обработку и "витрификацию", или стеклование отходов для их безопасного хранения. Витрификация – проверенный временем метод обездвиживания радиоактивных отходов путём превращения их в стеклянные блоки. Заключённые в такую оболочку вредные радионуклиды не могут добраться до рек или грунтовых вод. Для улучшения изоляции большую часть радиоактивных блоков помещают в стальные контейнеры, которые затем хранят в сухом и геологически стабильном подземном хранилище. Фабрики витрификации построены и успешно работают в Бельгии, Франции, Германии, России, Британии и США.

Факты

177 резервуаров с отходами в Хэнфорде содержат от 208 000 до 3,8 млн литров отходов каждый.

Всего в баках хранится 212 млн литров токсичных отходов — достаточно для того, чтобы заполнить 85 бассейнов олимпийского размера.

Всего там находится 149 баков с одинарной стенкой, построенных с 1943 по 1964, и 28 более крупных баков с двойными стенками, построенных с 1968 по 1986.



Однако отходы в Хэнфорде уникальны по сравнению с мировыми аналогами, как по составу, так и по объёму. Перед тем, как превратить их в стекло, работникам для начала нужно понять, что именно находится внутри каждого бака, а потом разработать формулы для получения стекла для каждой партии.

Это монументальная задача – и она представляет собой всего лишь одну грань крупнейшего инженерного проекта в мире. В центре всей работы находятся несколько крупных производств под общим названием названием «Фабрика по обслуживанию и обездвиживанию отходов», или Хэнфордская вит-фабрика [от «витрификация»], раскинувшаяся на 25 гектаров. На сегодня, по оценкам DOE, на завершение строительства фабрики, которым занимаются компания Bechtel National и кучка подрядчиков, понадобится $16,8 млрд. Пока учёные теряются в догадках касательно содержащихся в хранилищах Хэнфорда отходов, а подрядчики подводят электричество к новеньким зданиям, над проектом нависают тучи проблем – от огромных превышений смет и серьёзных ошибок при строительстве до сорванных сроков. Хэнфордский комплекс, зародившийся и в спешке строившийся в пылу Второй мировой войны, сегодня медленно ковыляет извилистой дорожкой к скрывающейся где-то вдали финишной черте.

«Хэнфорд – проект уникальный», — говорит Уилл Итон, руководитель проекта стеклования в национальной тихоокеанской северо-западной лаборатории (PNNL) министерства энергетики в Ричленде. «Мы проработали множество деталей, чтобы гарантировать наибольшую вероятность достижения реального, эффективного успеха. Поскольку проект этот долгий». «Моя цель – запустить эту фабрику до того, как я уйду на пенсию», — добавляет 53-летний Итон.

Я приезжал к Итону в июле 2019 года, чтобы лучше понять многочисленные задачи, стоящие перед этим проблемным витрификационным проектом. Я встретился с ним ярким солнечным днём на кампусе PNNL, находящемся в оазисе из зелёных деревьев, растущих посреди заросшей мелким кустарником степи. Хэнфорд начинается прямо через улицу, и тянется до плоского гребня горы Рэтлснейк.

Итон держит в руках сосуд из прозрачного оргстекла диаметром в 13 см. В мае 2018 года его команда использовала подобные контейнеры для стеклования 11 литров отходов из двух резервуаров Хэнфорда. Для безопасности эксперимент проводили под покровом радиоизотопного пара. Пока что в этих ёмкостях содержатся самые крупные образцы остеклованных отходов Хэнфорда – и это после трёх десятилетий работы и миллиардов потраченных долларов. Осталось остекловать всего 211 999 989 литров.

1. Резервуары

После встречи с Итоном я поехал в Хэнфорд. DOE не разрешает отдельным журналистам посещать вит-фабрику, поэтому я выбрал наиболее близкий вариант – пошёл вместе с общественной экскурсией на очистное сооружение. Мы вместе с десятком пассажиров ехали в автобусе с кондиционером по резервации, большая часть которой напоминает пришедший в запустение парк. Вдалеке возвышались высокие горы, разрезанные древними реками. Стада оленей искали тени под веретенообразными деревьями недалеко от заброшенной школы.

Зрелище неуместное, но яркое. В 1943 году в рамках Манхэттенского проекта, правительство США национализировало обширную территорию, включая города Уайт Блаффс и Хэнфорд, чтобы построить на этом месте комплекс по изготовлению ядерного оружия. Правительство приказало 1500 домохозяйств покинуть свои фермы и города, а американским индейцам запретили посещать святые места, где они занимались рыбалкой, охотой и отправлением различных ритуалов. К западу от этого места племя ванапум всё ещё живёт в соседней общине.

Автобус поднимался на центральное плато, и обширные свободные территории сменялись гудящими автопогрузчиками, рабочими в касках и зданиями в лесах. Наш экскурсовод отметил, что его внучатый племянник работает здесь сварщиком, а всего там трудятся строители в количестве 2800 человек.

Вит-фабрика (от «витрификации») появилась в результате всеобъемлющего соглашения от 1989 года, заключённого DOE, агентством по охране окружающей среды США, и экологическим департаментом штата Вашингтон. Строительство началось в 2002 году, должно было закончиться к 2011, и обойтись в $4,3 млрд. Однако вскоре возник целый ряд серьёзных непредвиденных проблем, включая опасное накопление водорода в трубах и вспомогательных ёмкостях, неподходящую вентиляцию для работы с радоном и другими газами, выделяющимися при распаде радиоактивных отходов. Стоимость строительства взлетела, а временные рамки отодвинулись.

Сегодня вит-фабрика – это комплекс зданий, расположившихся на площади небольшого города. Для 56-и его систем требуется энергосеть, которая могла бы питать до 2250 домов. Система водяного охлаждения могла бы охлаждать воздух в 23 500 домах. В резервуар объёмом 1,3 млн литров влезло бы дизельного топлива, которым можно было бы заправить до 19 000 автомобилей разом.

И даже по завершению строительства вит-фабрики сама очистка отходов займёт несколько десятилетий. В отчёте по стоимости, временным рамкам и жизненному циклу Хэнфордского комплекса от 2019 года DOE оценивает, что процесс стеклования и избавления от отходов в Хэнфорде будет стоить $550 млрд и займёт 60 лет.

Согласно плану, отходы должны перетечь по подземным трубам в массивный цех предварительной подготовки. Этот цех в итоге должен быть 12-этажной высоты, хотя во время моей экскурсии на его месте красовался только контур из металлических конструкций, над которыми без движения застыл жёлтый кран. Внутри герметичных резервуаров пульсо-реактивные мешалки, работающие, как пипетки, будут засасывать отходы и выстреливать ими с высокой скоростью, чтобы всё содержимое бака было перемешено, и твёрдые частицы не оседали. Ионно-обменные установки удалят изотопы с высокой радиоактивностью, разделив поток отходов на две группы. Отходов с высокой радиоактивностью там содержится порядка 10% от общего количества по объёму, однако они отвечают за 90% радиации, говорит Итон. Оставшиеся отходы считаются отходами с низкой радиоактивностью, и содержат совсем немного радионуклеидов.

Разные потоки отправятся в соответствующие цеха стеклования для высокорадиоактивных и низкорадиоактивных отходов. В обоих цехах техники будут смешивать отходы с кремнием и другими формирующими стекло материалами, а потом выливать всё это в плавильню с керамическими стенками. Погружённые в неё электроды разогреют плавильню почти до 1150 °C, превратив эту смесь в ярко-красную массу расплавленного стекла. Отходы с низкой радиоактивностью будут заливать в контейнеры из нержавеющей стали, где они будут охлаждаться и затвердевать, превращаясь в брёвнышки длиной 2,3 м и диаметром 1,2 м. Отходы с высокой радиоактивностью зальют в более длинные и тонкие канистры длиной 4,4 м и диаметром 0,6 м из того же материала.

Побочные газы, включая пар и оксиды азота, будут выходить через сопло в крышке плавильни, где их будут собирать и очищать от радиоактивных изотопов, чтобы не дать загрязнениям попасть в окружающую среду.

Ежегодно до 1000 таких брёвен в стальной оболочке, содержащих материал с низкой радиоактивностью, будут выходить из цеха, а затем погружаться в землю недалеко оттуда. На территории комплекса также расположится аналитическая лаборатория, которая будет проверять 3000 стеклянных образцов с низкой активностью ежегодно, чтобы гарантировать, что остеклованные отходы соответствуют требованиям регуляторов.

После завершения постройки цеха обработки высокоактивных отходов он должен будет выдавать по 640 канистр в год. Остеклованные отходы высокой активности считаются слишком опасными, чтобы хранить их там же, даже когда они находятся внутри стальных канистр. Вместо этого их будут перевозить на пока ещё неопределённое место. По первоначальному плану эти отходы предлагалось складывать в глубоком геологическом хранилище типа репозитория Юкка Маунтин, который давно уже планируют закончить, да всё никак не могут. Строительство хранилища началось в 1994 году, однако при администрации Обамы было заморожено из-за яростного сопротивления политиков из Невады, групп американских индейцев, защитников окружающей среды и других. Трамп в первые дни на посту президента разморозил строительство, а недавно передумал. На сегодня не существует планов по постройке глубокого хранилища где-либо на территории США.

Тем временем, эксперты из Хэнфорда думают над тем, как кардинально уменьшить количество остеклённых брёвен, которые им придётся выпускать и хранить. Когда 18 лет назад строители начали работу над вит-фабрикой, исследователи разрабатывали технологию, по которой в каждом стеклянном бревне будет содержаться не более 10% отходов, а всё остальное придётся на долю материала, формирующего стекло. Команда из PNNL, моделируя различные формулы, обнаружила, что может удвоить содержание отходов, доведя их до 20%, в частности благодаря новым способам хранить там больше алюминия, хрома и других химикатов. Это может уполовинить количество стеклянных брёвен, которые необходимо будет произвести и хранить в Хэнфорде.

2. Витрификация
....

3. Проект в процессе разработки
....
Tags: США, Холодная война, адепты Медузы, за все хорошее, не надо питать иллюзий, хабр
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 0 comments