Инженерные барьеры защиты

Под инженерными барьерами понимаются матрица, в которую заключено радиоактивное вещество, металлический контейнер и искусственное заполнение пространства между контейнерами и геологической (поверхностной или подземной) средой.

Первым барьером является консервирующая матрица, в которую заключаются твердые (в том числе и отвержденные) отходы. В зависимости от активности радионуклидов, их химических свойств, периодов полураспада и предполагаемого метода захоронения (промежуточного хранения) для материала матрицы используют цемент, битумы, фосфатные и боросиликатные стекла. Степень надежности такого барьера оценивается по возможной скорости выщелачивания радионуклидов при взаимодействии с природными водами, характерными для выбранного места захоронения. В среднем скорость выщелачивания для наиболее устойчивой матрицы из боросиликатных стекол в 100 и 1000 раз ниже, чем для битумных и цементных матриц соответственно.

Второй барьер – металлический контейнер, в котором находится матрица с отходами. К контейнерам предъявляются требования химической совместимости с заключенными в них отходами, прочности, коррозионной стойкости. Обычно расплав стекла (или битум или цементирующая смесь) заливается в контейнер из нержавеющей стали, который герметически заваривается. При необходимости наиболее долговременной защиты содержимого первого контейнера от контакта с природными водами, он может быть помещен во второй выполненный из нержавеющей или углеродистой стали или сплавов меди.

Роль третьего барьера выполняет материал, заполняющий пространство между контейнером и стенками подземной выработки, поверхностного карьера или скважины, куда помещают контейнер. Назначение заполняющего материала многоцелевое: уменьшить тепловое воздействие контейнера на вмещающие породы, затруднить к нему доступ подземных вод, буферировать химический состав поровых растворов и способствовать перераспределению механических напряжений вокруг контейнера, сорбировать выщелоченные радионуклиды. Последнее назначение заполнителя является важнейшим, так как позволяет надолго удержать в своей массе радионуклиды при коррозии контейнеров и матриц.

Под сорбционной емкостью материалов и пород подразумевается мера их способности удерживать на внутренних поверхностях пор какие-либо вещества или элементы физическим или химическим путем. Высокой сорбционной емкостью обладают цеолиты – природные алюмосиликаты, (особенно в отношении ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr). Для урана и трансурановых элементов хорошими поглотителями являются бентонитовая глина и горные породы, содержащие в повышенных количествах углистые вещества, оксиды и гидроксиды железа, марганца, титана.

Последним и главным барьером служит толща горных пород, отделяющая радиоактивные отходы от биосферы и обеспечивающая экологическую безопасность подземных или приповерхностных могильников.