Соляные отложения – это решение для утилизации ядерных отходов?

Во всем мире есть емкости для воды, заполненные ядерными отходами, которые ждут своего последнего пристанища. Это отходы, которые были созданы в результате десятилетий ядерной энергетики, и с отходами нужно обращаться осторожно.

В Соединенных Штатах ученые изучают несколько решений для утилизации этих отходов. Фил Штауффер и исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса работают с Министерством энергетики США и другими национальными лабораториями над одним долгосрочным, безопасным решением для утилизации: солью.

“Глубокие соляные пласты, которые уже существуют в Соединенных Штатах, являются одним из кандидатов на долгосрочное удаление”, – говорит Штауффер. – “Эти высокоактивные ядерные отходы могут создавать много тепла, в дополнение к радиоактивности, которая должна содержаться. Нам необходимо разработать четкий путь для удаления этих отходов”.

Соляные отложения существуют глубоко под землей. Они самовосстанавливаются, имеют очень низкую проницаемость и хорошо проводят тепло. Все это важно для выделения естественного тепла ядерных отходов. Солевые образования могут стать отличным барьером для долгосрочного выброса радионуклидов в окружающую среду человека.

Соединенные Штаты и Германия размещают ядерные отходы низкого и среднего уровня в хранилищах соляных месторождений. Эти отходы не создают столько тепла. Таким образом, необходимы дополнительные исследования для определения безопасности и эффективности солевых отложений для высокоактивных ядерных отходов.

Но соль – это не только физический барьер, но и химический. И то, как эти соляные отложения будут реагировать на присутствие воды, тепла и других геологических факторов, необходимо изучить.

Недавние тепловые испытания под землей начались с создания полномасштабного макета канистры для отходов и ее нагрева в течение почти года. Это первый раз, когда это делается в Соединенных Штатах с конца 1980-х годов.

Параллельно исследовательская группа Министерства энергетики проводит кампанию по изучению общих хранилищ ядерных отходов. Это включает изучение того, как вода мигрирует к источникам тепла в соли. Примите участие в “Тесте доступности рассола в соли” – или в проекте BATS с Штауффером и остальной командой. Исследовательская группа начала пилотную программу несколько лет назад.

Пробурив скважины в солевых отложениях и выполнив испытания нагревателей на этих окруженных солью отверстиях, исследователи получают информацию для принятия решений. Испытания проводятся глубоко под землей, в проходах, называемых коридорами, с использованием большого оборудования буровой установки.

Фаза 1 (для шейкдауна) началась летом 2018 года и длилась почти год. “Извлеченные уроки и выводы, полученные в ходе этого первоначального тестирования, оказываются жизненно важными для разработки и реализации следующего более масштабного эксперимента”, – говорит Штауффер.

Кроме того, исследователи могут обратиться к компьютерному моделированию, чтобы предсказать некоторые результаты. “Долгосрочное моделирование может использоваться для разработки соответствующего начального давления и других важных факторов для скважин”, – говорит Штауффер. К числу факторов относятся температурный отклик и наличие воды.

Первый этап начался в январе 2020 года и продлится несколько месяцев. Он будет включать более сложный сбор данных, включая опто-волоконные кабели, томографию удельного электрического сопротивления и изотопные измерения в реальном времени для воды, испаряемой из рассола.

Эти аспекты доступности рассола будут исследованы на будущих этапах испытаний BATS. Данные следующего эксперимента будут использованы для дальнейшего совершенствования моделей и будут переданы международному исследовательскому сообществу. Планы проекта предусматривают постепенное наращивание масштабов экспериментов с нагревателями, чтобы в конечном итоге изучить доступность солевого раствора для контейнеров с отработанным ядерным топливом в конфигурации, представляющей возможное будущее хранилище отходов с высоким уровнем активности.

Исследование команды было недавно опубликовано в газете Vadose Zone Journal.

По материалам Techxplore