Ядерная промышленность США стремится избавиться от своих отходов. Она отчаянно добивается того, чтобы площадка Юкка-Маунтин стала хранилищем облученного (отработанного) ядерного топлива и других высокорадиоактивных отходов для всей страны. Однако представители ядерной промышленности не понимают, что если этот проект не будет осуществлнен надлежащим образом, то доверие общества к промышленности рухнет. В том числе - доверие в вопросах транспортировки отходов и способности ядерной промышленности безопасно строить и эксплуатировать реакторы. Потеря доверия существенно отразится на планах ядерной промышленности по созданию новых реакторов. К сожалению, Министерство энергетики торопиться с реализацией совершенно неудовлетворительного плана Юкка-Маунтин. Почему?

Для администрации Буша строительство национального предприятия по захоронению высокорадиоактивных отходов Юкка-Маунтин - решенный вопрос. В этом году Министерство энергетики истратит более пол-миллиарда долларов на осуществление проекта Юкка-Маунтин, причем почти вся эта сумма пойдет на подготовку заявки на лицензирование, котроую планируется представить в Комиссию по ядерному регулированию к концу 2004 года. Администрация Буша преисполнена решимости начать захоронение отходов уже к 2010 году.

Концептуально проект Юкка-Маунтин прост, но на практике он требует решения ряда сложных геологических и инженерных проблем. Осознавая значимость этого проекта, Конгресс США создал Технический наблюдательный совет по ядерным отходам (ТНСЯО), в функции которого входит предоставление Конгрессу и министру энергетики технических консультаций по проекту Юкка-Маунтин. Члены Совета (в полном составе - одиннадцать человек) представлены учеными и инженерами - специалистами по вопросам, связанными с Юкка-Маунтин. Члены Совета назначаются президентом США, который отбирает их из списка, предоставляемого Национальной академией наук. Я имел честь работать в ТНСЯО с 1996 года по январь 2004 года.

Совет пришел к заключению, с которым я совершенно согласен, о том, что предлагаемый проект Юкка-Маунтин неудовлетворителен. Его реализация в том виде, как есть, может привести к утечке радиации.

Однако Министерство энергетики, судя по всему, не обращает внимания на эти предостережения. Оно по-прежнему придерживается своей обычной стратегии "РОЗ": решить, объявить, защищать. Вместо того чтобы прислушаться к рекомендациям экспертов или общественному мнению, Министерство энергетики предпочитает принимать "внутренние" решения. После этого оно объявляет о своих планах, а затем защищает их от любой критики. Министерство энергетики часто прибегает к стратегии "РОЗ", в том числе каждый раз, когда проект Юкка-Маунтин встречается с очередной из своих многочисленных проблем. Эта стратегия используется и сейчас - Министерство энергетики отрицает последнее из заключений ТНСЯО о том, что контейнеры, предлагаемые для хранения отходов, в их теперешнем варианте могут протекать.

Сейчас необходимо, чтобы Президент принял решение, обязывающее Министерство энергетики приостановить программу Юкка-Маунтин и учесть рекомендации ученых. А до решения этого вопроса высокорадиоактивные отходы необходимо переместить в контейнеры для сухого хранения, что гарантирует безопасность на многие десятилетия.

Нынешнюю ситуацию с проектом Юкка-Маунтин легче понять в более широком контексте ядерной энергетики. Ниже обсуждаются следующие вопросы: (1) ситуация в ядерной энергетике, (2) история вопроса ядерных отходов, (3) проблемы Юкка-Маунтин, (4) что все это означает и, наконец, (5) что должно быть сделано².

Контекст

В 2001 году мировая ядерная энергетика производила 2,5 x 10¹² киловатт-часов (кВт-ч) электроэнергии. Основными производителями были Соединенные Штаты (31%), Франция (16%) и Япония (12%). Больше всех от атомной энергии зависели Франция (77%), Украина (44%), Южная Корея (37%) и Германия (30%). В энергетике США атомная энергия составляла 21%³.

Высокорадиоактивные отходы производства электроэнергии на атомных станциях состоят главным образом из отработанных тепловыделяющих сборок для реакторов. Эти сборки производятся из оксида урана, обогащенного изотопом уран-235. В результате облучения в реакторах уран трансмутирует в другие изотопы и другие элементы, в том числе и радиоактивные. При отсутствии переработки (что в Соединенных Штатах в гражданских целях не делается), тепловыделяющие сборки в конечном счете необходимо захоранивать.

В настоящее время в США насчитывается около 60 000 отработанных тепловыделяющих сборок, содержащих около 45 000 тонн отработанного топлива. Около 95% этих сборок хранятся под водой, остальные - в емкостях для сухого хранения⁴. Подводное хранение (в бассейнах) дорогостояще и уязвимо с точки зрения террористических актов. Поскольку бассейны переполняются, а места для окончательного захоронения нет, компании все больше склоняются к переводу у режиму сухого хранения высокорадиоактивных отходов. По оценкам Комиссии по ядерному регулированию США (КЯР) к 2005 году около 52 000 тонн тяжелых металлов (ТТМ) будут храниться возле реакторов.

Первоначально предполагалось, что за все время работы примерно 100 гражданских реакторов США накопится около 63 000 ТТМ, и проект Юкка-Маунтин был рассчитан именно на такое количество отходов плюс примерно 7 000 ТТМ отходов военной промышленности⁵. Однако с тех пор производительность реакторов возросла, и вполне возможно, что лицензии многих реакторов будут продлены. Поэтому в конечном итоге количество отходов от работы реакторов США будет выше, чем это предполагалось вначале⁶.

Несмотря на то, что радиоактивность отходов высока, их объем сравнительно невелик. 60 000 отработанных тепловыделяющих сборок могли бы покрыть футбольное поле на высоту человеческого роста. Однако дело не в том, каков объем этих материалов, а какова их радиоактивность⁷.

По вопросу об обращении с ядерными отходами у мирового сообщества на редкость единодушное мнение - с ними нужно обращаться так, чтобы "...обеспечить будущим поколениям по крайней мере не меньший уровень безопасности, чем тот, который считается приемлемым в настоящее время", и "...вряд ли есть какие-либо этические основания, позволяющие пренебречь реальными угрозами здоровью и природе"⁸. Согласно стандартам, предъявляемых к хранилищам радиоактивных отходов в США, которые установило Управление по охране окружающей среды, уровень излучения не должен превышать 15 мРэм в год в течение 10 тысяч лет. Подобные обязательства впечетляющи⁹. Эти временные рамки значительно превосходят те, которые обсуждались в связи с проблемой глобального потепления. Однако остается большой вопрос - могут ли эти обязательства быть выполнены?

К истории вопроса ядерных отходов

Атомная промышленность долго игнорировала проблему захоронения ядерных отходов. Элвин Вейнберг - один из основателей этой промышленности - очень красноречиво выразил сожаление по этому поводу. Он писал:

Это интересный взгляд на проблему, однако вполне может статься, что если бы инженеры-атомщики проводили захоронение высокорадиоактивных отходов тогда, то они сделали бы это настолько плохо, что сейчас мы бы расплачивались за это ценой тяжелого экологического ущерба.

Так или иначе, после ряда "фальстартов" правительство решило исследовать на территории страны несколько потенциальных площадок для захоронения ядерных отходов. Позднее из них осталось только три - в штатах Техас, Вашингтон и Юта. В конечном итоге политическое давление и высокие затраты на проведение предпроектных исследований на площадках привели к тому, что Конгресс поручил Министерству энергетики провести детальное обследование только одной площадки - Юкка-Маунтин. Это поставило Министерство энергетики в очень сложную ситуацию. Поскольку в стране имеется только одна площадка, обнаружить, что она непригодна, после того как в ее исследование вложены огромные денежные средства, было бы огромной политической проблемой.

Напряжение еще более возросло после того как лоббирование, предпринятое представителями атомной промышленности увенчалось успехом и был принят закон, согласно которому к 1998 году отходы частных энергетических компаний должны были перейти в собственность государства. Когда правительство оказалось не в состоянии принять эти отходы, последовали судебные иски. Министерство энергетики должно судиться как с промышленностью (которая хочет избавиться от отходов), так и со штатом Невада (который не желает становиться свалкой высокорадиоактивных отходов со всей страны).

Проблемы площадки Юкка-Маунтин

Площадка Юкка-Маунтин обладает рядом свойств, благоприятных для долговременного хранения высокорадиоактивных отходов. Климат в этом районе пустынный; плотность населения низка; территория уже давно используется для проведения ядерных испытаний. Гора Юкка сложена вулканическими породами (туфами), сформированными 12-13 миллионов лет назад. Подземная часть хранилища должна состоять из ряда тоннелей, расположенных примерно в 300 метрах ниже поверхности горы Юкка и примерно в 300 метрах выше уровня подземных вод. Таким образом, тоннели будут находиться в ненасыщенной гидрогеологической зоне.

В среднем лишь небольшая доля осадков, выпадающих на гребень горы, просачивается до того ее уровня, где Министерство энергетики планирует проложить тоннели. Однако та вода, которая все же просочится, будет медленно разъедать инженерные материалы (топливные стержни, а также технические контейнеры и влагоотражающие экраны) и в конечном итоге будет переносить радиоактивные вещества к зеркалу подземных вод. Оттуда они будут мигрировать до ближайшего населенного пункта, расположенного на расстоянии примерно 20 километров в долине Амаргоса, где люди могут использовать эти воды, поскольку это единственная вода имеющаяся в этом районе. По мере переноса, радиоактивность будет снижаться. Если перенос будет достаточно медленным, то дозы будут небольшими.

Научные исследования площадки Юкка-Маунтин оказалось делом гораздо более сложным, чем предполагалось поначалу. Постоянно встречались всевозможные геологические "сюрпризы". Вулканические отложения чрезвычайно неоднородны, и их трудно анализировать. В породе есть трещины, сквозь которые может быстро просачиваться вода. Выяснилось, что эти породы влажные. Моделирование процессов переноса воды в такой среде - задача на грани современных научных возможностей. Министерство энергетики обнаружило, что не может предоставить убедительных доказательств того, что гора сама по себе удовлетворяет стандартам Управления по охране окружающей среды относительно захоронения ядерных отходов.

Поскольку Министерство энергетики не могло продемонстрировать, что геологические условия обеспечат достаточную степень изоляции, в системы были добавлены еще несколько инженерных барьеров. Но и это оказалось непростым делом. В течение многих лет Министерство энергетики исследовало различные подходы к инженерным барьерам. Вначале предполагалось использовать нержавеющую сталь. Когда вычисления показали, что этот материал не годится, обратились к более "экзотическим" сплавам. В нынешнем проекте для хранения отходов планируется использовать контейнеры из сплава на основе никеля, так называемого, сплава-22 или C-22¹¹. Кроме того над контейнерами планируется установить титановые щиты, которые должны защищать контейнеры от капели.

Основной вопрос - будут ли эти металлы подвергаться коррозии в тех условиях, в которые их предполагает поместить Министерство энергетики. ТНСЯО пришел к выводу, что это возможно. Для лучшего понимания проблемы, ниже приводятся некоторые базовые сведения по этому вопросу.

Материалы, которые планирует использовать Министерство энергетики - сплав-22 и титан - не существуют в природе. Они термодинамически неустойчивы и были созданы всего около ста лет назад¹². Металлический титан был впервые получен в 1910 году, а сплав-22 всего несколько лет назад. Таким образом, если Министерство экономики утверждает (а оно утверждает), что эти материалы сохранят свою устойчивость в течение многих тысячелетий, предусмотренных нормативами по проекту Юкка-Маунтин, оно должно будет взять на себя и бремя доказательства этого утверждения.

ТНСЯО проанализировал данные Министерства энергетики и другие экспериментальные данные, а также теоретические исследования по сплаву-22. Совет пришел к заключению, что предлагаемые Министерством энергетики технические условия функционирования захоронения могут привести к проблемам. А именно: при температурах, превышающих точку кипения чистой воды, возможна коррозия металла за счет поглощения им влаги из воздуха. При этом процессе твердые соли поглощают водные пары из воздуха, превращаясь в насыщенные солевые растворы, которые могут существовать в жидком состоянии при более высоких температурах, чем простая вода. Коррозия может происходить только в присутствии ионов, то есть, в данном случае - в присутствии жидкой воды.

Поглощение водных паров имеет большое значение, потому что это тот механизм, благодаря которому вода может существовать в жидком состоянии на поверхности защитных оболочек на протяжении части "теплового импульса", в течение первых 1000-3000 лет, когда температура будет превышать температуру кипения воды. Это может привести к сохранению жидкости в таких условиях, при которых обычно ее быть не должно¹³.

Соли в горных породах могут обеспечить извлечение влаги из воздуха, а значит вода в жидком состоянии (и, следовательно, ионная проводимость) может существовать при температурах, намного превышающих точку кипения чистой воды. Это означает, что при благоприятных условиях может начаться коррозия металлов.

Позиция ТНСЯО была сформулирована вполне определенно¹⁴:

Совет пришел к следующему выводу:

Существенно ли это для функционирования захоронения? По мнению ТНСЯО, эффект может быть существенным. В отчете Совета говорится:

Министерство энергетики утверждает, что делу помогут титановые щиты защищающие контейнеры от капели. Но эти щиты тоже подвержены коррозии. Вот как высказался по этому поводу ТНСЯО:

Таково положение дел на сегодняшний день. С научной точки зрения, Министерство энергетики могло бы ответить проведением экспериментов, проверяющих, как ведет себя сплав-22 при высоких температурах. Или изменением проекта захоронения таким образом, чтобы температура в нем снизилась до значений, при которых сплав-22 устойчив (например, увеличив расстояние между тепловыделяющими сборками). В любом случае необходимы исследования. Как любые исследования, они потребуют времени и денег, и результаты их невозможно знать заранее¹⁵.

Даже если Министерство энергетики сможет показать, что сплав-22 хорошо подходит к условиям площадки Юкка-Маунтин, остается вопрос о надежности и единообразии при производстве контейнеров. В каждом контейнере будут чувствительные к коррозии швы, и каждый из 10 тысяч предполагаемых контейнеров должен остаться герметичным¹⁶. Проект Юкка-Маунтин Министерства энергетики США постоянно испытывает проблемы с качеством работ. По-видимому, Министерство энергетики как организация не имеет достаточных возможностей для обеспечения требуемого контроля качества¹⁷. Ниже мы обсудим этот вопрос подробнее.

Совершенно бессмысленная позиция - притворяться и вести себя так, как будто этих проблем не существует. Но именно так и поступает Министерство энергетики.

Уроки на будущее

Научные аспекты этого проекта завораживающе интересны. Еще более интересны вопросы, возникающие в связи с проектом Юкка-Маунтин по поводу деятельности больших учреждений. Атомная промышленность - это огромное предприятие, в котором взаимосвязаны производство, наука и правительство. Как показали примеры Чернобыля и Три-Майл-Айленда, чрезвычайно важно, чтобы эта система работала со сверхвысокой степенью надежности. Надежность системы ядерного реактора обеспечивается надежностью каждого ее компонента. Захоронение высокорадиоактивных отходов - один из таких компонентов. Проблемы, с которыми столкнулось Министерство энергетики в проекте Юкка-Маунтин, важны сами по себе. Однако особую значимость им придает то, что они означают для атомной промышленности в целом.

Недостаточно просто провести вычисления, показывающие, что контейнеры могут обеспечить требуемый уровень изоляции. Их, контейнеры, еще необходимо изготовить, причем правильным образом. Необходимо создать надежные системы для транспортировки отходов. Если нет доверия к комплексу "правительство-промышленность-наука", составляющему атомную промышленность, вряд ли можно доверять и тому, что эти важнейшие задачи будут решены должным образом.

Источником полезных идей и руководящих принципов может служить и опыт других больших технических систем. Вспомним президентское расследование ошибок НАСА в проектах космических челноков Челленджер и Колумбия¹⁸. В обоих случаях расследование выявило конкретные технические ошибки (уплотнительное кольцо; потеря изоляции). В обоих случаях расследование пришло к выводу, что эти ошибки имеют более глубокие причины, вызванные системными институциональными проблемами. "Дефекты" обнаружились в самой организации НАСА.

Уроки НАСА имеют более широкое значение. Они относятся и к проекту Юкка-Маунтин. Исследования учреждений, управляющих сложными технологическими системами, выявили явные признаки потенциальных проблем. Эти признаки можно рассматривать как "формулу неудачи". Признаков шесть:

1. Программы имеют жесткое расписание. Проблемы возникают с большой вероятностью, когда стремление уложиться в расписание начинает преобладать над стремлением сделать дело правильно. Особые проблемы с программами имеющими жесткие временные рамки возникают тогда, когда научные аспекты недостаточно хорошо поняты - как это было в случае с космическими челноками, и какова ситуация сейчас с проектом Юкка-Маунтин.

2. Ограниченные ресурсы. Еще одна очевидная причина - недостаток ресурсов для выполнения требуемой работы. Однако просто вливание денег в программу может привести к проблемам другого рода. Когда денег слишком много, руководителям приходится затрачивать время на изобретение того, как занять людей, а не на решение реальных вопросов. Именно поэтому в аэрокосмической промышленности иногда организуются небольшие самостоятельные отделы с небольшим штатом, работающим без расписания. Министерство энергетики в течение многих лет запрашивало и получало огромные суммы денег на обеспечение качества, либо и на разработку подробнейших констркуционных планов, несмотря на то, хотя ни то ни другое не имело научного обоснования.

3. Фрагментированная организация с неэффективным сообщением между отдельными частями.

4. Иерархическая "вертикаль" организации с односторонним потоком информации. "Челленджер" и "Колумбия" погибли из-за того, что руководство не прислушалось к рядовым работникам, знающим технические детали.

5. Плохой проект, изъяны которого часто очевидны при взгляде извне. Тенденция к изолированности, при которой весь расчет делается на внутренние силы, а не на использование мирового опыта, с высокой вероятностью может стать причиной неудачи.

6. Ведомственное самонадеянность и высокомерие.

Что нужно сделать

Вполне возможно, что на горе Юкка можно построить хорошее захоронение. Во всяком случае, я лично так думаю. Однако существующий проект не годится. Кроме того даже если бы удалось разработать хороший проект, Министерство энергетики как организация в настоящее время не способно его реализовать. Министерству энергетики необходимо четко указать, как правильно сделать эту работу. Сделать работу как надо - это значит разработать наилучший возможный проект. Сделать работу как надо - предполагает способность организации сказать "нет", если невозможно убедительно продемонстрировать безопасность захоронения.

Начать надо с того, что замедлить темпы реализации проекта таким образом, чтобы его прогресс соответствовал прогрессу в приобретении знаний. Даже если Министерство энергетики сумеет разработать хороший проект захоронения на горе Юкка, ему будет трудно реализовать его, обеспечивая при этом должный уровень доверия. Наивысший уровень контроля качества потребуется как для производства и установки емкостей для хранения отходов, так и для системы транспортировки ядерных отходов. О размере этих трудностей можно судить по непрекращающимся проблемам, с которыми сталкивается Министерство энергетики, пытаясь обеспечить должное качество своих работ.

Одновременно, учитывая колоссальное давление на Министерство энергетики со стороны атомной промышленности, Президенту следует попросить ее отказаться от судебных исков. Только после этого основной движущей силой проекта может стать наука, а не жесткое расписание.

Энегропроизводящие предприятия должны осознать, что на карту поставлено доверие к ним и все будущее их промышленности. Если у атомной промышленности и есть будущее, то это может быть только будущее, основанное на доверии. Доверие надо заслужить - однажды потеряв, его очень трудно обрести вновь. В начале своей истории, после второй мировой войны атомная промышленность извлекла большую выгоду оттого, что пользовалась широким доверием в обществе. Она его потеряла. Может ли она вернуть общественное доверие? Я не знаю ответа на этот вопрос. Однако я знаю, что игнорировать науку - это наихудший подход. А именно это и делает Министерство энергетики в проекте Юкка-Маунтин.