Я расскажу в этой статье о проблеме радиоактивных отходов — скорее, о ее глобальном аспекте, чем о конкретных региональных проблемах. Я буду здесь опираться в основном на американские примеры. Пусть это вас не смущает: во многих аспектах этой проблемы США и Россия весьма схожи, иногда как две стороны одной медали, а иногда — как зеркальные отражения.

Откуда берутся радиоактивные отходы и куда их девать?

Основные источники радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности — атомная энергетика (отработанное ядерное топливо) и военные программы (плутоний ядерных боеголовок, отработанное топливо транспортных реакторов атомных подводных лодок, жидкие отходы радиохимических комбинатов и др.). Количество РАО, накопленных при производстве ядерного оружия, на порядок (то есть не менее чем в 10 раз) выше отходов ядерной энергетики. Если даже военные программы сократятся, то отходы «мирной» энергетики намного вырастут, поскольку ядерная энергия — один из двух важнейших в обозримом будущем источников энергии, наряду с сожжением углеводородных топлив, производящих опасный для теплового равновесия Земли «парниковый эффект». Предполагается, что к 2000 году в мире будет накоплено около 200 тысяч тонн РАО, из них около 2 тысяч тонн плутония

Возникает вопрос: следует ли рассматривать РАО просто как отходы или как потенциальный источник энергии? От ответа на этот вопрос зависит, хотим ли мы их хранить (в доступном виде) или захоранивать (т. е. делать недоступными). Общепринятый ответ в настоящее время состоит в том, что РАО — это действительно отходы, за исключением, может быть, плутония. Плутоний теоретически может служить источником энергии, хотя технология получения энергии из него сложна и довольно опасна. Многие страны, в том числе Россия и США, находятся теперь на распутье: «запускать» плутониевую технологию, используя плутоний, высвобождаемый при разоружении, или захоранивать этот плутоний? Недавно правительство России и Минатом объявили, что они хотят перерабатывать оружейный плутоний совместно с США; это означает возможность развития плутониевой энергетики. Мы не будем заниматься здесь энергетическим использованием РАО, а только проблемой их захоронения.

Избавление от РАО. В течение 40 лет ученье сравнивали варианты избавления от РАО. Главная идея — их надо поместить в такое место, чтобы они не могли попасть в окружающую среду и нанести вред человеку. Эту способность вредить РАО сохраняют в течение десятков и сотен тысяч лет. Облученное ядерное топливо, которое мы извлекаем из реактора, содержит радиоизотопы с периодами полураспада от нескольких часов до миллиона лет (период полураспада — это время, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое, причем в ряде случаев возникают новые радиоактивные вещества). Но общая радиоактивность отходов значительно снижается со временем. Для радия период полураспада составляет 1620 лет, и нетрудно подсчитать, что через 10 тысяч лет останется около 1/50 первоначального количества радия. Нормативы большинства стран предусматривают обеспечение безопасности отходов на срок 10 тысяч лет. Конечно, это не значит, что по истечении этого времени РАО более не будут опасны: мы попросту перелагаем дальнейшую ответственность за РАО на отдаленное потомство. Для этого надо, чтобы места и форма захоронения этих отходов были известны потомству. Заметим, что вся письменная история человечества меньше 10 тысяч лет. Задачи, возникающие при захоронении РАО, беспрецедентны в истории техники: люди никогда не ставили себе таких долговременных целей.

Интересный аспект проблемы состоит в том, что надо не только защищать человека от отходов, но одновременно защищать отходы от человека. За срок, отводимый на их захоронение, сменятся многие социально-экономические формации. Нельзя исключить, что в определенной ситуации РАО могут стать желанным объектом для террористов, мишенями для удара при военном конфликте и т.п. Понятно, что, рассуждая о тысячелетиях, мы не можем полагаться, скажем, на правительственный контроль и охрану — невозможно предвидеть, какие изменения могут произойти. Может быть, лучше всего сделать отходы физически недоступными для человека, хотя, с другой стороны, это затруднило бы нашим потомкам дальнейшие меры безопасности.

Понятно, что ни одно техническое решение, ни один искусственный материал не может «работать» в течение тысячелетий. Очевидный вывод: изолировать отходы должна сама природная среда. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках; отправлять их в космос; закладывать их в глубокие слои земной коры. В настоящее время общепринято, что оптимальный путь — захоронение отходов в глубоких геологических формациях.

Форма отходов. Понятно, что РАО в твердой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твердую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России все еще практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград).

В настоящее время принята так называемая «многобарьерная» или «глубоко эшелонированная» концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.

Сколько это стоит? Ответа на этот вопрос нет, как видно из следующего примера. В 1980 году общая стоимость проекта захоронения РАО Соединенных Штатов оценивалась в 6 миллиардов долларов, а срок ввода в эксплуатацию этого проекта устанавливался в 1997 году. К 1995 году США истратили на него уже более 5 миллиардов долларов, необходимые дальнейшие затраты оценивались в 20 миллиардов долларов, а срок ввода в эксплуатацию отодвинулся до 2010 года. При этом руководство Департамента энергии США признало, что шансы получить лицензию на строительство захоронения не превышают 50%. Последние оценки стоимости проекта возросли до 53 миллиардов долларов.

Сколько стоит вывод из эксплуатации атомной станции? По разным оценкам и для разных станций, эти оценки колеблются от 40 до 100% капитальных затрат на строительство станции. Эти цифры теоретические, поскольку до сих пор станции полностью из эксплуатации не выводились: волна выводов должна начаться после 2010 года, так как срок жизни станций составляет 30-40 лет, а основное строительство их происходило в 70-80-х годах. То, что мы не знаем стоимости вывода реакторов из эксплуатации, означает, что эта «скрытая стоимость» не учитывается в стоимости электроэнергии, производимой атомными станциями. Это одна из причин кажущейся «дешевизны» атомной энергии.

Итак, мы попытаемся захоранивать РАО в глубокие геологические фракции. При этом нам поставлено условие: показать, что наше захоронение будет работать, как мы это планируем, на протяжении 10 тысяч лет. Посмотрим теперь, какие проблемы мы встретим на этом пути.

Первые проблемы встречаются на этапе выбора участков для изучения. В США, например, ни один штат не хочет, чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. Это привело к тому, что усилиями политиков многие потенциально подходящие площади были вычеркнуты из списка, причем не на основании ночного подхода, а вследствие политических игр.

Как это выглядит в России? В настоящее время в России все еще можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предлагать при этом размещать захоронение вблизи городов!). Полагаю, что по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США. Я легко могу себе представить, что, скажем, губернатор Красноярского края Лебедь в какой-то момент скажет: «В моем крае захоронения не будет!» Уже сейчас ощущается склонность Минатома переместить свою активность на военные объекты, над которыми практически нет контроля: например, для создания захоронения предполагается архипелаг Новая Земля (российский полигон № 1), хотя по геологическим параметрам это далеко не лучшее место, о чем еще будет речь дальше.

Но предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо ее изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет. Тут появляется новая проблема.

Неразработанность метода. Геология — описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда еще перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надежный прогноз на такие сроки.

Представим все же, что нам удалось выработать разумный план изучения площадки. Понятно, что для осуществления этого плана понадобится много лет: например, гора Яка в штате Невада изучается уже более 15 лет, но заключение о пригодности или непригодности этой горы будет сделано не ранее чем через 5 лет. При этом программа захоронения будет испытывать все возрастающее давление.

Давление внешних обстоятельств. В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п. Пример — военный объект Хэнфорд (аналог нашего «Маяка»), где находится несколько сот гигантских баков с жидкими отходами, причем для многих из них не известно, что находится внутри. Одна проба стоит 1 миллион долларов! Там же, в Хэнфорде, примерно раз в месяц обнаруживаются закопанные и «забытые» бочки или ящики с отходами.

В целом за годы развития ядерных технологий отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя «по старости» или даже за этой гранью. В 1987 году правительство США заключило договор с компаниями, владеющими атомными электростанциями, обязавшись с 31 января 1998 года принимать на захоронение их отходы. Сейчас компании начинают судиться с министерством энергетики США.

Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится все более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО. Но у людей, прижатых к стенке, не обязательно возникают лучшие технические решения, и возрастает вероятность ошибок. Между тем в решениях, связанных с ядерной технологией, ошибки могут очень дорого стоить.

Предположим, наконец, что мы истратили 10-20 миллиардов долларов и 15-20 лет на изучение потенциальной площадки. Пришло время принимать решение. Очевидно, идеальных мест на Земле не существует, и любое место будет иметь с точки зрения захоронения положительные и отрицательные свойства. Очевидно, придется решить, перевешивают ли положительные свойства отрицательные и обеспечивают ли эти положительные свойства достаточную безопасность.

Принятие решений и технологическая сложность проблемы. Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие (как говорят в Америке, «интерфейс») между наукой и политиками, принимающими решения. Я знаю по собственному опыту, как трудно этого достигнуть. Вот простой пример: за время изучения потенциальной площадки США — горы Яка — было опубликовано более тысячи отчетов, то есть сотни тысяч страниц текстов, графиков и числовых данных. Каковы шансы, что сенаторы из комиссии, принимающей решения, прочтут сколько-нибудь значительную часть этих текстов? Информацию для них будут готовить референты (хорошо, если ученые), и важно, чтобы при этом «сжатии» информации не пострадала ее значимая часть.

Посмотрим, как подходят к проблеме захоронения своих отходов в США. К этой стране во всем мире относятся как к образцу, и я по своему опыту знаю, что за американским проектом захоронения внимательно следят другие ядерные страны, чтобы корректировать свою политику в этой области.

Предыстория. В США политика в области обращения с атомными отходами была сформулирована в 1982 году, в правление президента Рейгана, когда был принят Акт о политике в области обращения с атомными отходами (Nuclear Waste Policy Act). Вот наиболее важные положения этого акта:

(1) предусматривается геологическое захоронение высокоактивных отходов без переработки;

(2) ответственность за выбор места, строительство и эксплуатацию захоронения возложена на министерство энергетики (аналог нашего Минатома);

(3) создается Фонд ядерных отходов, через который финансируются все работы в области захоронения;

(4) все предприятия ядерно-энергетического комплекса отчисляют в фонд специальный налог;

(5) захоронение военных отходов оплачивается Федеральным правительством.

После принятия Акта 1982 года было предложено для изучения девять площадок в шести штатах. К маю 1986 года для дальнейшего изучения было рекомендовано три из них: Deaf Smith County, Texas; Hanford, Washington; Yucca Mountain, Nevada. В 1987 году Конгресс принял поправку к акту, где было указано, что только гора Яка (Yucca) будет рассматриваться как место-кандидат. Зная то, что мы знаем сегодня, можно сказать, что отказ от запасных вариантов был огромной стратегической ошибкой.

Еще один возможный пункт этого документа гласит, что с 1997 года вся ответственность за радиоактивные отходы коммерческих (гражданских) атомных станций переходит к Федеральному правительству США. Так родился проект Яка Маунтин.

Расписание. Изучение площадки будет продолжаться до 2001 года. При этом до окончания срока, отпущенного на изучение, готовятся и публикуются следующие документы: в 1998 году — «Оценка пригодности» (предварительная информация о пригодности или непригодности); в 1999-м — черновик «Влияния на окружающую среду», и в 2000-м — окончательный вариант «Влияния на окружающую среду».

С 2002 по 2004 годы будет проходить лицензирование. Оно будет проводиться как «суд», где будут присяжные (три эксперта, ответственных за лицензирование), «подсудимый» — гора Яка, «адвокат» — министерство энергетики, и «обвинитель», которым может быть кто угодно, даже

частное лицо. Важный момент состоит в том, что в процессе лицензирования эксперты будут давать показания под присягой. Закон гласит, что если при этом кто-нибудь солжет, и это будет обнаружено, то за каждый день с момента лжи до момента обнаружения виновный выплатит штраф в 10 тысяч долларов. Деньги должны быть выплачены из личных средств, и закон не имеет также срока давности.

Если площадка получит лицензию, то строительство начнется в 2005 году и окончится в 2009 году. Первый груз отходов может быть принят в 2010 году.

Структура проекта. Проект осуществляется министерство энергетики. В работах по проекту постоянно участвуют 1500-2000 человек, представляющих 6-7 крупных организаций-субподрядчиков (Геологическая служба США, Национальные атомные лаборатории Лос-Аламос, Сандия, Ливермор и др.).

Понятно, что в таком важном многомиллиардном проекте необходим надзор. Общий надзор за проектом осуществляют несколько независимых организаций, такие, как

(1) Конгресс США;

(2) Комиссия по ядерному регулированию;

(3) Правительство штата Невада;

(4) правительства округов штата Невада, на территории которых проводятся работы;

(5) Комиссия технического надзора по ядерным отходам, назначенная Национальной академией наук, и др.

Надзор за качеством научной продукции осуществляет Международная организация прикладных наук (Science Application International) — ни один отчет не выпускается в свет до получения от этого учреждения QA (quality assurance, подтверждение качества). Кроме того, ввиду возможного конфликта между интересами Федерации и штата, министерство энергетики обязано выделять средства штату Невада на проведение собственных независимых научных изысканий и надзора за работой федеральных организаций.

Как это происходит в действительности. Только что описанная впечатляющая схема — можно сказать, образец деятельности американской бюрократии — при ближайшем рассмотрении оказывается чем-то вроде «потемкинской деревни». Возможно, эта схема и сработала бы неплохо, если бы гора Яка была геологически пригодна для размещения захоронения. Но как только в этом возникли сомнения, оказалось, что механизм не работает.

Прежде всего, обнаружилось, что стандарты, которым должны следовать разработчики захоронения, еще не разработаны: над ними работает Комиссия по ядерному регулированию; то есть игра идет, а правила еще не написаны.

Оказалось, что ученые, работающие на министерство энергетики, вполне способны скрывать факты, подтасовывать данные и яростно набрасываться на любого, кто пытается опубликовать данные, представляющие опасность для их представлений о геологии горы.

Система контроля качества (на которую тратятся большие деньги) практически не работает — я не встречал худших геологических отчетов, чем те, что я получал от министерства энергетики.

В финансовом отношении министерство энергетики ведет себя вполне определенным образом. В 1995 году, как только ученые штата Невада начали получать данные, опасные для проекта, деньги, полагающиеся штату Невада, перестали перечислять, и наши работы были приостановлены на два года.

Радиоактивные отходы в России

Новая концепция Минатома: отходы — в мерзлоту. Российская концепция подземной изоляции РАО и отработанного ядерного топлива в многолетнемерзлых породах разработана в Институте промышленной технологии Минатома России (ВНИПИП). Она была одобрена Государственной экологической экспертизой Министерства экологии и природных ресурсов РФ, Минздравом РФ и Госатомнадзором РФ. Научная поддержка концепции проводится кафедрой мерзлотоведения Московского государственного университета. Следует заметить, что эта концепция уникальна. Ни в одной стране мира, насколько мне известно, вопрос о захоронении РАО в мерзлоте не рассматривается.

Основная идея такова. Помещаем тепловыделяющие отходы в мерзлоту и отделяем их от пород непроницаемым инженерным барьером. За счет тепловыделения мерзлота вокруг захоронения начинает подтаивать, но через какое-то время, когда тепловыделение снизится (вследствие распада короткоживущих изотопов), породы снова промерзнут. Поэтому достаточно обеспечить непроницаемость инженерных барьеров на то время, когда мерзлота будет протаивать; после промерзания миграция радионуклидов становится невозможной.

Неопределенность концепции. С этой концепцией связано, по меньшей мере, две серьезных проблемы.

Во-первых, концепция предполагает, что промерзшие породы непроницаемы для радионуклидов. На первый взгляд это кажется разумным: вся вода замерзшая, лед обычно неподвижен и не растворяет радионуклиды. Но если внимательно поработать с литературой, то оказывается, что многие химические элементы довольно активно мигрируют в промерзших породах. Даже при температурах — 10-12°С в породах присутствует незамерзающая, так называемая пленочная, вода. Что особенно важно, свойства радиоактивных элементов, составляющих РАО, с точки

зрения их возможной миграции в мерзлоте совершенно не изучены. Поэтому предположение о непроницаемости мерзлых пород для радионуклидов лишено всяких оснований.

Во-вторых, если даже окажется, что мерзлота действительно хороший изолятор РАО, то невозможно доказать, что сама мерзлота просуществует достаточно долго: напомним, что нормативы предусматривают захоронение на срок в 10 тысяч лет. Известно, что состояние мерзлоты определяется климатом, причем двумя наиболее важными параметрами — температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. Как вы знаете, температура воздуха повышается в связи с глобальным изменением климата. Наивысший темп потепления приходится как раз на средние и высокие широты северного полушария. Ясно, что такое потепление должно привести к протаиванию льда и сокращению мерзлоты. Как показывают расчеты, активное протаивание может начаться уже через 80-100 лет, и темп протаивания может достичь 50 метров в столетие. Таким образом, мерзлые породы Новой Земли могут полностью исчезнуть за 600-700 лет, а это всего 6-7% от времени, требуемого для изоляции отходов. Без мерзлоты карбонатные породы Новой Земли обладают весьма низкими изолирующими свойствами по отношению к радионуклидам.

В последние годы, в связи с проблемой изменения климата и необходимостью сократить выбросы парниковых газов, предлагается решить эту проблему путем развития атомной энергетики. Как можно предвидеть, такое развитие событий вызовет большие трудности с захоронением РАО.

Межправительственная комиссия по изменению климата (Intergovernmental Penal on Climate Change, IPCC) еще в 1995 году просчитывала сценарий снижения последствий глобального потепления путем массированного развития атомной энергетики (табл. 1).

Согласно этому гипотетическому сценарию, изображенному в следующей таблице (1), доля атомной энергетики в производстве мировой электроэнергии должна была бы возрасти от 17% в настоящее время до 46% в 2100 году. Но это приведет к резкому увеличению объемов радиоактивных отходов, и проблема их захоронения встанет еще более остро.

Таблица 1.

Сценарий борьбы с глобальным потеплением путем развития атомной энергетики (IPCC, 1995)

* Оценка, исходя из срока эксплуатации реактора 40 лет;

** Прогноз на 2000 год.