Защитники ядерной энергетики в США и в других странах часто приводят Францию в пример как модель для ее развития не только из-за того, что Франция получает почти 80 процентов электричества от атомных электростанций, но и потому, что здесь внедрен репрецессинг большинства отработанного ядерного топлива для извлечения плутония с целью повторного использования. Несмотря на это, во Франции накопился значительный объем долгоживущих высокорадиоактивных отходов, которые предназначены для захоронения в глубоких геологических хранилищах, включая высокорадиоактивные остеклованные отходы после переработки, отработанное урановое топливо, отработанное смешанное оксидное (MOX) топливо и некоторые другие долгоживущие отходы более низкой и специфической деятельности². MOX-топливо является результатом переработки плутония как реакторного топлива.

Французский закон о ядерных отходах от 1991 года, среди прочего, рассматривает вопросы глубокого геологического захоронения. В 2003 году Институт исследования проблем энергии и окружающей среды (IEER) получил предложение от Comité local d'information et de suivi (CLIS) деревни Буре (Bure), провести оценку французской программы исследования захоронений высокорадиоактивных отходов в геологических пластах. CLIS - это официальная группа, в которую входят избранные на местах и на национальном уровне должностные лица и лидеры неправительственных организаций³. Она финансируется французским правительством, делает свой вклад в эту работу и дает рекомендации касательно места, которое исследуется.

Участок, исследуемый французским агентством по ядерным отходам (ANDRA - Agence national pour la gestion des déchets radioactifs), расположен около деревни Буре в восточной Франции, недалеко от немецких и швейцарских границ. (См. карту в Énergie et Sécurité № 10.) Эта область известна как регион Мьюзе-Хаут Марне (Meuse-Haute Marne) из-за двух главных рек Мьюзе и Марне, которые протекают здесь. Буре является французским близнецом такого же места в США - Юкка Маунтин (Yucca Mountain). Это единственный участок, в настоящее время исследуемый во Франции, поскольку исследование гранитных участков было приостановлено в 2000 году из-за интенсивных возражений местной оппозиции. Интересно, что американское исследование гранитных участков в США было приостановлено в 1986 году, очевидно тоже из-за давления политической оппозиции⁴, после чего Юкка Маунтин была названа единственным местом для ядерных отходов.

Задача проекта IEER состояла в том, чтобы оценить программу исследования ANDRA, в которой она дает свое заключение по этому участку (см. главные результаты). Так как цель проекта ANDRA заключается в том, чтобы содержать отходы в хранилище в течение сотен тысяч лет (в период самой высокой активности), то исследовательская программа надежности их захоронения, геологического положения, а также комбинация этих двух вещей, должны быть хорошо продуманными и достаточно полными, чтобы получить позитивные оценки. Перед IEER не ставилась задача определять подходит ли этот участок для захоронения высокорадиоактивных отходов. Главная цель проекта IEER состояла в том, чтобы определить, адекватна ли ожиданиям результата исследовательская программа ANDRA, можно ли твердо заявить, что предложенная система захоронения будет внедрена, когда исследование закончится. Если бы было обнаружено, что программа исследования ANDRA в некоторых аспектах недоработана, то IEER попросили бы дать рекомендации для ее с тем, чтобы после доработки программы можно было с уверенностью сказать, что это место может быть использовано для изоляции высокорадиоактивных отходов в геологическом пласте.

Мы суммируем результаты оценки в этой статье, так как принципы оценки геологической системы изоляции всюду одинаковы. Для заинтересованных членов общества в других странах, так же как и для организаций, которые сами производят оценку участков для захоронения отходов, процесс оценки таких мест IEER и результаты могли бы быть полезными в их собственных ситуациях.

Система изоляции

Главный канал, через который ядерные отходы в глубоком геологическом хранилище могут поразить людей в отдаленном будущем, - это загрязнение воды, используемой для питья, сельского хозяйства и других целей, что может привести к загрязнению пищи радионуклидами. Угроза исходит от очень долгоживущих радионуклидов, с периодами полураспада в тысячи миллионов лет.

Ни в одной программе захоронения никогда не утверждалось, что самая лучшая изоляция отходов от человеческой окружающей среды (через грунтовые и поверхностные воды, прежде всего), возможна. Поэтому задача состоит в том, чтобы ограничить пиковую лучевую дозу до уровней, которые считаются сегодня социально приемлемыми, так, как это представлено в существующих на сегодняшний день стандартах защиты от радиоактивного излучения. Обычно ожидается, что пиковая лучевая доза наступит в будущем через сотни тысяч лет.

Главные французские принципы для проведения исследований требуют, чтобы пиковая доза была ограничена 25 миллирэмами в год. Стандарт американского Управления по охране окружающей среды (ЕРА) для Юкка Маунтин ограничивает эту дозу 15 миллирэмами в год в течение первых 10 000 лет, что является намного более ранним, чем ожидаемое пиковое время дозы. Ограничение времени для предела дозы задолго до пиковой дозы, которая ожидается, было лишено законной силы федеральным судом, потому что оно было в явном противоречии с рекомендациями Национального совета по исследованиям, которое защищало подход пикового ограничения дозы⁵.

Геологическая система изоляции состоит из:

• глубоких подземных раскопок в подходящем геологическом место ("скале хозяина");
• пакетов для отходов с материалами, в которые запакованы радиоактивные отходы в капсулах;
• других проектируемых барьеров вокруг пакетов с отходами, чтобы задержать движение радионуклидов, как только они начнут просачиваться из пакетов;
• материалов, которые используются для опечатывания места отходов сразу, как только отходы помещены в хранилище;
• окружающей ("дальнее поле") геологической системы, которая задерживает движение радионуклидов, как только они протекли из пакетов с отходами и преодолели другие барьеры в "ближнем поле".

Поэтому оценка обустройства геологической системы изоляции состоит из понимания свойств каждого из этих компонентов и, что наиболее важно, понимания того, как они будут функционировать вместе длительный период времени, чтобы ограничить дозы радиации через сотни тысяч лет в будущем. Исследования характеристик участка и связанной с ним системы изоляции должно гарантировать, что все необходимые данные об этом собраны, что и в лабораториях, и на месте проведены эксперименты на пакетах для отходов и на других материалах, применяющихся для их опечатывания, и что подходящая модель для оценки этой работы, которая проверена существующими в мировой науке данными и опытом, создана.

Оценка исследования хранилища

Главная проблема исследования заключается в том, что с помощью модели должна быть оценена возможность не простого захоронения, а в геологической системе, которая значительно нарушается большими раскопками, что может вызвать неестественные разломы, если направить туда горячие (термальные) отходы и различные материалы для их засыпки и опечатывания. Следовательно, моделируемая система не надолго остается изначально геологической системой, это система глубоко потревоженного горизонта. (Потревоженную зону называют "зоной, поврежденной раскопками" или в английском варианте EDZ - для сокращенного употребления ("Excavation Damaged Zone"). Далее, учитывая длительные периоды времени, на которые закладываются ядерные отходы, изменение климата, также как и возможные воздействия преднамеренного или случайного человеческого вторжения в случае утери распоряжений на этот счет соответствующими организациями, - все это также должно быть принято во внимание. Можно с большой долей уверенности сказать, что оценка работы системы при этих условиях обладает, во многих случаях, беспрецедентными вызовами для научного исследования.

В отдельно взятом случае, с участком возле деревни Буре, "скала хозяина" - аргиллит, тяжелый камень, состоящий из глинистых полезных ископаемых, карбонатов (главным образом кальциты) и кварца. Неповрежденная скала не столь пориста, чтобы можно было ожидать проникающих потоков, если в ней нет трещин и если не проводится никакой добычи. Во всяком случае, такие протечки были бы очень медленными, и ожидаемое время прохождения радионуклидов, просачивающихся из пакетов с ядерными отходами, могло бы быть очень долгим.

Однако, оценка командой IEER (а) документов, (б) свойств скалы аргиллита при условиях высокой температуры и влажности и (в) исследований, сделанных для моделирования работ на участке, показала, что фактические условия, преобладающие в этом конкретном хранилище, могли быть иными из-за проникающего потока воды. Отказ от некоторых компонентов, особенно опечатывание хранилища, мог бы закончиться быстрой (в геологических сроках) транспортировкой радионуклидов в человеческую окружающую среду.

Собственная оценка дозы компанией ANDRA при условии отказа от опечатывания хранилища была выше допустимого предела в 0,25 миллизиверта (25 миллирэм) в год. В этом контексте IEER сделал заключение, что сценарий компании ANDRA для человеческого облучения не столь консервативен. Дозы, оцененные компанией ANDRA в отношении автаркийского семейства фермера (также названному "семейством фермера с натуральным хозяйством"), которое использует грунтовую воду в определенных местах, могли бы на деле оказаться еще выше, чем в поверхностных водах. Эта "находка" и другие аспекты оценки IEER программы исследования ANDRA закончились множеством как обобщенных, так и детализированных рекомендаций.

В полном заключении IEER было указано, что любое утверждение относительно выполнимости строительства геологической системы изоляции ядерных отходов до начала 2005 года, было преждевременным, и что прежде чем заявлять подобное с научной точки зрения, нужны многие годы исследований. ANDRA готовила рекомендации относительно дальнейшей работы на участке с декабря 2005 года, и французский парламент должен рассмотреть его статус и дальнейшие исследования в 2006 году. IEER не давал заключений проводить ли дальнейшие исследования или остановить их. IEER сделал рекомендации по программе исследования, которая должна вестись в случае, если французский парламент примет решение о продолжение работ на участке.

Области, которые команда IEER оценила по важности для исследования проблем геологической изоляции, были такими⁶:

• изменение климата, человеческое вторжение, выбор сценариев относительно того, кто может подвергнуться облучению в будущем, и методы, при которых оценка работ была бы более предпочтительной перед лицом больших неопределенностей;

• механика скалы, включая испытания для определения характера повреждения, вызванного глубокими подземными раскопками и программой исследования, согласно которой нужно проверить материалы и методы, с помощью которых хранилище будет опечатываться после помещения туда отходов;

• тепловые аспекты, включая моделирование, лабораторию и исследования на месте, необходимые для проверки эффектов после размещения отходов с высокой температурой в туннели, эффектов, которые включают потенциал для создания вторичных трещин и закипания воды, нагретой от горячих отходов;

• сроки, на которые предполагается захоронение, основные отходы и геохимия окружения, принятие в расчет различные видов отходов, предложенных для захоронения;

• гидрогеологические аспекты, включая характер ожидаемого потока воды в нетронутой и в потревоженной "скале хозяина" и определение количества и размеров трещин ней;

• минералогические исследования необходимы, чтобы подтвердить характеристику геологического прошлого участка;

• сейсмические проблемы, включая критерии и характер исследования, необходимы для определения оснований для землетрясения.

IEER представил заключительное сообщение CLIS в январе 2005 года. Обратите внимание, что все заявления, сделанные дальше о работе ANDRA, - с января 2005-го.

Одна причина, из-за которой дозы в одном из сценариев, связанных с предложением ANDRA, были оценены так высоко, заключается в том, что относительно большие количества радионуклидов протекли бы из мест захоронения ядерных отходов. В этом случае можно было бы тщательнее провести исследования этих мест, включая принятие новых концепций закладки отходов, которая по времени, в соответствии со шведской геологической программой изоляции, будет более длительная. Цель последней - надежно захоронить отходы в контейнерах на миллион лет в глубоких хранилищах с особыми гидрогеологическими условиями. В этом случае отходы могли бы содержаться в самих контейнерах и удерживать радиационные дозы на низком уровне и в далеком будущее. "Скала хозяина" служит дублером системы захоронения отходов в пакетах, обеспечивая страховку в случае, если процесс оценки некорректен или если условия захоронения окажутся иными, чем было предусмотрено в моделях.

Избыточный подход, в котором геологическая система служит дублером проектируемой системе хранения отходов в контейнерах, мог бы так же смягчить эффекты от изменения климата, в случае, если они окажутся более серьезными, чем предполагалось. ANDRA подтвердила подход избыточности, обсуждаемый здесь, на ранней стадии работы над подготовкой места для глубокого захоронения, но отказалась от него на более поздней стадии. Другой пример того, как начальный план работ или начальные предложения могут исключить необходимые варианты исследования, - из области водного потока. Предположение ANDRA о доминировании режима проникновения (очень медленная транспортировка радионуклидов) могло устранить любое обсуждение потенциальной важности прибывающего потока через разломы в скале (намного более быстрая транспортировка радионуклидов).

Команда IEER сделала важные предложения по структуре научного принятия решений в программе. Каков должен быть процесс, например, чтобы можно было сделать заключение, что участок под отходы не годится или в подходах к проектированию таких мест должно быть заложено их многократное посещение? На ранних стадиях программы, когда оцениваются характеристики участка, маловероятно, что будут доступны адекватные данные, чтобы решить, какая из различных концептуальных моделей использования участка является наиболее подходящей (например, быстрый или медленный поток доминирует в скале?). Там, где альтернативные модели не могут быть исключены, а особенно если альтернативы имеют различные подходы к работе, важно, чтобы они (альтернативы) были выверены и чтобы в характеристиках места для отходов были указаны приоритеты - какая именно из альтернатив является наиболее эффективной.

Множество важных аспектов для определения характеристик участка близ Буре - от испытаний с горячими отходами до поведения потревоженной раскопками зоны в скале в геологическом хранилище - к январю 2005 года еще не исследовались. В результате программа компании ANDRA по исследованию этого места была оценена IEER как предварительная стадия, которая еще требует значительной работы, прежде чем можно будет озвучить научное заключение о его пригодности для заявленных целей или даже о выполнимости этой программы. Отчет IEER был ориентирован на определение типов исследования, которое необходимо сделать в процессе работы.

Следующий процесс изучения характеристик и оценки места для отходов должен продолжиться, по крайней мере, до той стадии, когда есть разрешение, чтобы разместить отходы в построенном для этого приспособлении. Это необходимо, потому что процесс строительства сам по себе может показать такие свойства скалы или потревоженной раскопками зоны, которые до этого не были известны. В случае, конечно, если будущее этого места не решат некоторые выявленные его особенности, которые не были идентифицированы на предшествующей стадии работы и которые заставят отказаться от него во всех концептуальных проектах.

В любой программе исследования участка для захоронения отходов есть несколько последовательных стадий, когда можно решить, надо ли продолжать работы на нем с первоначальным или с измененным проектом, или следует оставить этот участок и начинаться искать другой. Поскольку проектировщик должен продолжать исследования участка, то инвестиции в программу заметно возрастают. Уже вложенные большие инвестиции становятся причиной для еще большего вложения капитала. Нежелание бросать участок увеличивается из-за вложенных материальных и интеллектуальных ресурсов, которые были уже вложены в исследования пригодности места. Эта тенденция, вероятно, будет более заметна, если параллельно не будут проводиться сравнительные характеристики с другим местом. Тенденция к замораживанию концептуальной модели и концептуального проекта перед лицом обозначенных проблем в оценке работы могла бы плохо отразиться на последующих стадиях характеристики места в любой программе по организации хранения ядерных отходов в геологическом горизонте. Периодический научный обзор, в котором эксперты мог ли бы в пределах своей компетенции давать научные оценки о технических достоинствах модели исследования участка, мог бы уменьшить риски неудачи, а также уменьшить другую опасность, с противоположной стороны, - риск того, что будет выбран неподходящий для вложения инвестиций и ресурсов участок.

Команда IEER подготовила диаграмму водного потока (диаграмма 1) на различных стадиях исследования в геологическом хранилище, подчеркивая, что это могли бы быть последовательные шаги в исследовании. Несколько его раундов можно было бы провести в сложном проекте, с полной оценкой, подготовленной для каждого этапа, которая базировалась бы на последовательном наборе данных, взятых на хорошо идентифицированной стадии исследования ("замораживание данных"). Диаграмма также показывает точку в каждом последующем этапе, когда исследование могло бы быть остановлено, если бы место оказалось неподходящим.

Диаграмма 1. Концептуальные предложения по проникновениям воды в геологически изолированной системе

Главные результаты IEER пришел к выводу, что программа исследования ANDRA является удачной в некоторых аспектах, удовлетворительной в других и несовершенной или недостаточной в отдельных случаях. В нескольких детализированных частях, таких как исходные характеристики, механика скалы и общее исследование изменения климата (программа BIOCLIM), программа ANDRA выполнена или, можно сказать, является адекватной. Есть установленные структуры для научного надзора за работой компании ANDRA. Это - важная гарантия. Полномочия CLIS, органа, созданного согласно французскому закону о ядерных отходах, с правом проводить собственную независимую экспертизу, обеспечивают один уровень независимого надзора. Но из-за того, что обзор IEER был осуществлен без влияния ANDRA или французского правительства, его также можно рассматривать одним из уровней независимого надзора, что является нетипичным для программы по созданию хранилищ ядерных отходов в геологических пластах. Во многих аспектах Программа исследования ANDRA не достаточно прозрачна для того, чтобы провести независимую и своевременную ее оценку. Хотя вычисления излучений, сделанные компанией ANDRA в "Dossier 2001 Argile"*, для использования низкого коэффициента проникновения указывают на согласие с дозовыми директивами, сценарий "altéré" не указывает на это. Определенно, предел дозы не может быть принят для случая, когда опечатывание отходов оказывается неудачным, что показывает чрезмерную зависимость от отдельного элемента системы изоляции. Это говорит о том, что ANDRA должна уделить больше внимания первоначальной стадии программы, как элемента ее концептуальной модели. В целом, оценка работы, даже в начальных стадиях методологических подходов к определению уровня излучений, должна быть реальной в том смысле, что успех зависит как от создания многократных препятствий для проникновения радионуклидов, так и от учета в этом вопросе множества мнений. Чтобы завершить программу, ANDRA должна провести еще много важной исследовательской работы в различных областях, касающихся захоронения в геологических хранилищах. ANDRA все еще не разработала детальную программу в некоторых сферах, например, исследования на месте предполагаемого захоронения отходов. С научной точки зрения полная оценка работы по строительству хранилища отходов для геологической изоляции близ деревни Буре не может основываться на существующем исследовании. В нем есть много пробелов, не до конца продуманных предложений, а некоторые стадии исследования даже и не начинались. Например, прежде чем сделать любое научное заявление, ANDRA должна была бы обратить внимание на следующее: a) исследование относительно опечатывания отходов в пределах скалы после исследования на месте самой скалы; б) характеристика cети маленьких трещин, что было бы важно для создания реалистической оценки при проведении стадии исследования "зона потревоженных раскопок"; в) генерирование газа и его связь с трещинами. Далее, механика скалы и исследование теплового эффекта содержат много аспектов, которые являются или несовершенными или вообще не проработанными. И это главная проблема в программе исследования ANDRA, учитывая, что центральную роль в оценке выполнения работ сыграют стадии EDZ и ремонт EDZ. Сокращение пробелов в программе потребовало бы значительных исследований в этих областях, и, в некоторых случаях, эти исследования могли бы быть иными, нежели те, которые ANDRA планирует (например, в области опечатывания). Нужно еще много поработать, чтобы соединить различные уточненные элементы, например, соединение факторов, вызванных "потревоженными раскопками" и естественных трещин на начальной стадии и стадии полевой геохимии. * Dossier 2001 Argile, sur l'avancement des études & recherches relatives à la faisabilité d'un stockage de déchets à haute activite et à vie langue en formation géologique profonde. Partie A et Partie B. Chatenay-Malabry: Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs, Decembre 2001.