29 мая 2022 в 8:00
Автор: Виталий Олехнович

Почему радиоактивные отходы не выбрасывают в космос? Глубочайшая «Яма» в Финляндии пока лучше

Ядерная реакция производит громадный объем энергии из небольшого количества материала. Это делает атомную энергетику отличным источником энергии. За одним маленьким нюансом. Ладно, двумя. Первый — вероятность аварии, как в Чернобыле или на Фукусиме. Второй, более насущный нюанс — это неизбежное возникновение ядерных отходов, с которыми что-то нужно делать. Пока ничего лучше, чем их глубоко-глубоко закопать, мы не придумали. А почему бы не отправлять их куда-нибудь подальше в космос или прямо на Солнце, чтобы не засорять планету?

Радиоактивные отходы очень опасны для всех форм жизни. Тем не менее по всему миру работали, работают и строятся десятки атомных электростанций, которые кроме энергии регулярно производят эти самые отходы. Глубокое геологическое захоронение считается на сегодня самым лучшим решением для их утилизации.

Проект «Яма»

В Финляндии окончательное решение радиоактивного вопроса достигло своей ультимативной формы. На западном побережье страны недалеко от атомной станции Олкилуото есть место с названием «Онкало», которое с финского переводится как «Яма». Эту «Яму» копает финская фирма Posiva. Когда в 2023 году «Яма» будет готова, она станет первым в мире постоянным хранилищем для высокорадиоактивных отходов. Это называют решением, которое послужит примером для всего мира.

Среди различных отходов атомной энергетики наиболее опасным является отработанное топливо, которое больше не может эффективно поддерживать ядерную реакцию, однако остается высокорадиоактивным и опасным. Его можно заново обогатить и вернуть рабочее состояние, но в мире по большей части предпочитают его прятать. Зачастую эти хранилища требуют постоянного человеческого участия, охраны, наблюдения. Они могут быть уязвимы к актам терроризма и природным катастрофам. Как в случае аварии на Фукусиме, когда пострадали станционные хранилища отработанного ядерного топлива.

В финском случае собираются хоронить глубоко, надежно, долго и по самым продвинутым стандартам. Проект на миллиард долларов предполагает создание серии тоннелей на глубине 400—430 метров для постоянного хранения отработанного топлива. Звучит просто, но процесс намного более комплексный, чем может показаться на первый взгляд.

Хранилище состоит из спирального подъездного туннеля, четырех вертикальных шахт, туннелей и технических помещений. К 2020 году в коренной породе в Олкилуото было выкопано около 10 км различных видов туннелей. Во время окончательных операций по захоронению выкопают еще около 40 км новых туннелей. Их бурят и взрывают. Два года назад сообщали, что было извлечено около полумиллиона кубометров горной породы.

Облученные материалы будут помещать в контейнер из борной стали, заполнять аргоновым газом и плотно запечатывать. Контейнер, в свою очередь, будет заключен в устойчивую к коррозии медную капсулу. Эту капсулу похоронят в индивидуальной могилке глубиной восемь метров, обложив кольцами из бентонитовой глины. Навсегда.

В этих могильниках будут погребены отходы атомной энергетики Финляндии за последние 50 лет. Плюс все те побочные и опасные продукты, которые она произведет еще за сто ближайших лет. Тоннели будут постепенно закупоривать, а в 2120 году «Яма» будет окончательно запечатана, надземную инфраструктуру разберут — и люди больше никогда не смогут туда спуститься, пока радиоактивные отходы будут десятки тысяч лет мариноваться под землей.

Естественно, не в любом месте на планете можно так просто закопать радиацию. Нужны особые условия. В случае финской «Ямы» речь идет о коренной породе, которая обеспечивает предсказуемые механические, геохимические и гидрогеологические условия и исключает природное воздействие.

Директор МАГАТЭ назвал хранилище «Онкало» «гейм-чейнджером» — оно перевернет индустрию. Для тех, кто слабо знаком с нюансами современных хранилищ, это может показаться смешным: придумывали закапывать еще глубже, тоже мне инновация. Но ничего лучше в плане хранения высокорадиоактивных отходов у нас пока нет.

Почему не в космос?

А разве мы не можем просто собрать все эти ядерные отходы, сложить их в герметичный контейнер, загрузить его в ракету и отправить подальше в космос? А лучше прямиком в Солнце, чтобы все сгорело дотла? Такие комментарии уже встречались. И я согласен, звучит классно — и даже с физической точки зрения это вполне осуществимо. Но люди так не делают. У такой идеи есть несколько существенных недостатков.

Самый главный из них — это риск аварии на старте. В истории освоения космоса было много неудач, связанных с запусками ракет. Некоторые из них приобретали катастрофические масштабы и становились причиной множества жертв. А теперь представьте, что случится, если ракета с радиоактивными отходами взорвется на полпути от стартового стола? Или ее двигатели откажут где-нибудь на орбите вокруг Земли? Неуправляемый кусок железа с радиоактивными отходами со временем разрушится в атмосфере, раскидав свое содержимое везде. Страшные последствия для всей планеты. Никому не хочется жить под радиоактивными осадками. Уже только это одно серьезно снижает потенциал для возможной отправки отходов в космос.

Даже у самых успешных и надежных систем запуска, которыми считаются ракеты-носители «Союз-У», есть шанс в 2—3% на неудачу. Ракеты этой системы выполнили более 800 пусков, из которых 22 были аварийными. Частота отказов в 2—3% для ракеты, на борту которой находятся самые опасные отходы на планете… Черт, это довольно большой риск.

Менее важный, но чуть более сложный недостаток заключается в том, что нельзя просто взять и полететь прямиком в Солнце. Мы поднаторели в запуске десятков спутников ежегодно, которые вертятся вокруг Земли. Однако, чтобы отправиться дальше, нужно куда больше топлива и куда более сложный маршрут. Все из-за гравитации.

Это звучит странно и нелогично, но даже вылететь за пределы Солнечной системы куда проще, чем угодить в самое ее сердце. Казалось бы, Солнце — это же большой магнит, который все к себе притягивает. Какие могут быть сложности с тем, чтобы просто дать себя притянуть? Скорость вращения планет по орбитам спасает их от того, чтобы утонуть в солнечной плазме.

Наша планета бежит по орбите вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. И все, что мы запускаем с Земли, наследует эту орбитальную скорость. Чтобы добраться до Марса, достаточно слегка увеличить скорость объекта, запущенного с Земли. Примерно на 2,9 км/с. Но когда надо добраться до Солнца, этот орбитальный импульс надо замедлить.

Говоря более простым языком, когда мы запускаем что-то с Земли, это что-то обладает не только скоростью, полученной за счет своих двигателей, но и скоростью вращения нашей Земли вокруг Солнца. Им передается этот импульс.

Потому космическому аппарату, который хочет добраться к Солнцу, нужно разогнаться почти до скорости Земли, но в противоположном направлении. Это компенсирует орбитальную скорость. По сути, такой объект как бы зависнет на месте, где только что была Земля, а затем поддастся гравитации Солнца и упадет на него. Достаточно дать ему еще один импульс в направлении звезды.

Но с нашими химическими двигателями на данном этапе развития такое практически невыполнимо. Слишком много энергии нужно для компенсации планетарного импульса. Так много, что оторвать от Земли такой корабль еще сложнее.

Поэтому наши космические корабли получают некоторую помощь благодаря гравитационным маневрам у других планет. Такие маневры обычно используются для того, чтобы улететь глубже и быстрее к границам Солнечной системы. В 2007 году межпланетная станция New Horizons использовала Юпитер в качестве гравитационного напарника, чтобы добраться до Плутона и сделать тот милейший снимок сердца на карликовой планете.

Тогда New Horizons пролетела почти 2 млн км от Юпитера, получила дополнительный импульс, который увеличил скорость станции почти на 4 км/с. Это позволило на три года сократить время полета к Плутону.

Но кроме ускорения гравитационные маневры используются и для замедления, компенсации того самого импульса, который подарила кораблям Земля. В таком случае эти маневры куда как сложнее.

Хороший пример — это солнечный зонд «Паркер», который запустили в 2018 году. К 2024 году он сможет подобраться к Солнцу на 6 млн км. Значительно ближе, чем Меркурий и любой из искусственных объектов, созданных человеком. А в период между этими годами зонд семь раз будет проходить рядом с Венерой, чтобы избавляться по частям от земного орбитального импульса и становиться все ближе к Солнцу.

Все, что нужно, — это хорошенько рассчитать траектории. А еще немного слабоумия и отваги, чтобы наплевать на шанс неудачи… и мы вполне могли бы запускать наш мусор в Солнце или, на худой конец, прочь из нашей системы.

Но к озвученным факторам стоит еще добавить экономику. Такие запуски будут довольно накладными. Только в США хранятся 60 000 тонн высокорадиоактивных ядерных отходов. На тех же ракетах «Союз-У» за раз можно было вывести чуть меньше семи тонн. И то на низкую околоземную орбиту. Самая мощная из существующих на планете ракет Space Launch System сможет отправлять побольше и подальше, но отнюдь не в Солнце. Максимум 45 тонн на гелиоцентрическую орбиту.

Каждый полет ракеты будет стоить около $4 млрд. Вот и считаем, сколько тысяч рейсов успеет сделать ракета, прежде чем закончатся деньги, случится катастрофа или исчерпаются запасы радиоактивного мусора на Земле.

Пока такую идею утилизации отходов стоит оставить на растерзание научной фантастике и будущим обнадеживающим технологиям, если раньше мы сами не погибнем под тяжестью того бардака, что развели на единственной из известных нам пригодных к жизни планет.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner запрещена без разрешения редакции. ng@onliner.by

Автор: Виталий Олехнович