ПРИМЕНЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОБЪЕКТОВ ПО ХРАНЕНИЮ И ЗАХОРОНЕНИЮ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

АННОТАЦИЯ

В статье представлен анализ применения инновационных технологий в строительстве и эксплуатации объектов по хранению и захоронению радиоактивных отходов (РАО) в условиях перехода к устойчивой ядерной энергетике. Исследование основано на междисциплинарном подходе, включающем элементы инженерной геоэкологии, атомной энергетики, цифрового мониторинга и нормативного анализа. В качестве эмпирических кейсов рассмотрены российские и зарубежные проекты – БРЕСТ-ОД-300, Synroc (ANSTO), пункты захоронения в РФ и глубокое геологическое хранилище (DGR) в Канаде, что позволило провести сравнительную оценку решений по критериям технологической эффективности, экологической устойчивости и соответствия нормативным требованиям. Особое внимание уделено технологиям витрификации, синтетического остеклования (Synroc), методам трансмутации, использованию геотехнических барьеров, ГИС-анализу и IoT-мониторингу. Установлено, что интеграция этих решений в инфраструктуру замкнутого ядерного топливного цикла позволяет сократить объем отходов до 50 %, повысить долговечность хранилищ и снизить нагрузку на окружающую среду. Рассмотрены ключевые ограничения внедрения, включая нехватку нормативной унификации, кадровые дисбалансы, финансово-политические барьеры и значимость общественного согласия. Сформулированы выводы о необходимости системного подхода к модернизации РАО-инфраструктуры, включающего унификацию стандартов, развитие образовательных программ и усиление институциональной поддержки. Статья может быть полезна специалистам в области обращения с радиоактивными отходами, проектировщикам ядерной инфраструктуры, экологам, органам государственного регулирования и участникам международных ядерных инициатив.

ABSTRACT

This article presents a comprehensive analysis of the application of innovative technologies in the construction and operation of facilities for the storage and disposal of radioactive waste (RAW) in the context of a transition toward sustainable nuclear energy. The study is based on an interdisciplinary approach, incorporating elements of engineering geoecology, nuclear power, digital monitoring, and regulatory analysis. Empirical cases include both Russian and international projects–BREST-OD-300, Synroc (ANSTO), disposal sites in the Russian Federation, and the Deep Geological Repository (DGR) in Canada–which allow for a comparative assessment of solutions based on technological efficiency, environmental sustainability, and compliance with regulatory requirements. Special attention is given to vitrification technologies, synthetic glass-ceramic solutions (Synroc), transmutation methods, geotechnical barrier systems, GIS-based site selection, and IoT-based monitoring platforms. The integration of these technologies into a closed nuclear fuel cycle infrastructure has been shown to reduce waste volume by up to 50%, increase repository longevity, and lower environmental impacts. The article also addresses key barriers to implementation, including the lack of regulatory harmonization, human resource imbalances, financial and political constraints, and the critical importance of public consent. The study concludes by emphasizing the need for a systemic approach to RAW infrastructure modernization, including standardization, workforce training, and enhanced institutional support. This paper may be of interest to professionals in radioactive waste management, nuclear infrastructure designers, environmental scientists, regulatory authorities, and participants in international nuclear initiatives.

Ключевые слова: радиоактивные отходы, витрификация, синрок, трансмутация, геозахоронение, хранилище, мониторинг, геотехнологии, замкнутый цикл, безопасность, нормативы, инфраструктура.

Keywords: radioactive waste, vitrification, Synroc, transmutation, geological disposal, repository, monitoring, geotechnologies, closed cycle, safety, regulations, infrastructure.

Введение

Современное развитие атомной энергетики влечет за собой рост генерирующих мощностей и усложнение проблем, связанных с безопасным управлением РАО и отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). В России накоплено свыше 500 млн м³ РАО, и около 90% из них составляют отходы средней и низкой активности, образовавшиеся в процессе эксплуатации и вывода из эксплуатации АЭС [5].

Исторически подход к обращению с РАО ограничивался захоронением без переработки, однако с ростом количества и активности отходов такие методы становятся экологически и технологически неприемлемыми. На смену приходят инновационные решения: технологии остеклования и синрока, разработка глубинных геологических хранилищ, методы трансмутации, способные существенно снизить радиотоксичность отходов [6].

Параллельно развивается применение композитных материалов, геотехнологий и цифровых систем мониторинга, включая автоматизированный контроль состояния хранилищ и прогнозирование рисков. Такие решения демонстрируют свою эффективность как в российских условиях – на примере Горно-химического комбината и проекта БРЕСТ-ОД-300 [3], так и за рубежом, например, в Synroc-проекте Австралии [6].

Цель исследования – провести комплексный анализ применения инновационных технологий в строительстве и эксплуатации объектов хранения и захоронения РАО, определить их влияние на снижение экологических и технологических рисков.

Материалы и методы

Исследование опирается на компаративный и контент-аналитический подходы, направленные на выявление актуальных технологических решений, применяемых в строительстве и эксплуатации объектов захоронения и хранения РАО. Методология позволила систематически сопоставить реализуемые международные и отечественные практики с акцентом на инженерные, нормативные и экологические параметры.

Эмпирической основой послужили четыре репрезентативных проекта: БРЕСТ-ОД-300 как часть российской программы по замыканию ядерного топливного цикла [3], Synroc-комплекс в Австралии, предназначенный для остекловки среднеактивных жидких отходов [6], пункты захоронения радиоактивных отходов в Российской Федерации с применением геоинформационного моделирования и нормативной экспертизы [5], канадский проект DGR, реализуемый на основе консенсусной модели размещения в глубинных геологических формациях [7]. Выбор этих объектов обоснован их технологическим многообразием, географической репрезентативностью и актуальностью с точки зрения международной практики обращения с радиоактивными отходами.

Ключевыми объектами анализа выступили технологии витрификации, синтетического остеклования по типу Synroc, методы разделения и трансмутации (P&T), инженерные барьеры с использованием геотехнических решений, системы мониторинга, основанные на сенсорах и архитектуре интернета вещей (IoT). Каждая из рассматриваемых технологий была оценена с точки зрения применимости к различным категориям отходов (низко-, средне- и высокоактивным), по параметрам производственной и экологической эффективности.

Для оценки применялись три группы критериев. В первую очередь анализировались нормативные требования, предъявляемые к выбору площадок и проектированию объектов, в том числе положения нормативных документов РФ (НП-055-14, ГОСТ Р 52037-2003) и рекомендаций МАГАТЭ. В частности, учитывались такие параметры, как сейсмическая и геодинамическая устойчивость участка, удаленность от водоемов, наличие или отсутствие карстовых процессов, защищенность от внешних природных воздействий и пригодность геологического субстрата [5]. Во вторую группу вошли технологические параметры: температурный режим обработки, объемная плотность остеклованных отходов, химическая и радиационная стойкость полученных форм, потребление энергии в производственном цикле, эффективность по снижению остаточной радиотоксичности. В этом контексте была проанализирована высокая химическая инертность остеклованных матриц Synroc [6], способность технологий P&T в сочетании с быстрыми реакторами снижать срок необходимого изолированного хранения до 300–400 лет. Третья группа касалась экологических и логистических факторов. В рамках анализа рассматривалась способность барьерных систем и конструкции ПЗРО предотвращать вынос радионуклидов в грунтовые воды и биосферу, адаптивность объектов к существующей транспортной инфраструктуре, энергоемкость жизненного цикла объекта и общие требования к радиационному контролю. Учитывались требования по социально-экологическим буферам вокруг потенциальных зон размещения хранилищ, включая санитарно-защитные зоны и зоны наблюдения.

Комплексный анализ с использованием методов многокритериальной оценки, включая элементы анализа иерархий, был использован для обоснования эффективности различных технических решений с учетом всего жизненного цикла объекта, от проектирования и строительства до вывода из эксплуатации. Подобный подход обеспечивает высокий уровень обоснованности при выборе технологических решений в области управления радиоактивными отходами.

Результаты

Современные подходы к строительству объектов хранения и захоронения РАО ориентированы на достижение максимальной изоляционной эффективности и снижение остаточной экологической нагрузки за счет инновационных инженерных решений. Одним из приоритетов является применение новых конструкционных и матричных материалов, обладающих высокой стойкостью к радиационному и термическому воздействию, способностью к длительной иммобилизации радионуклидов.

Технология остеклования (витрификации) остается одним из наиболее распространенных методов переработки высокоактивных отходов (ВАО), обеспечивая надежную фиксацию радионуклидов, таких как технеций-99, на период более 10 тысяч лет. Процесс осуществляется при температурах порядка 1000–1200 °C с получением стеклообразной матрицы, устойчивая структура которой препятствует выщелачиванию и миграции радионуклидов даже при контакте с грунтовыми водами [3]. Эффективность данной технологии подтверждена в промышленных масштабах в Российской Федерации и Франции.

Альтернативой традиционной витрификации выступает технология Synroc, основанная на использовании синтетических минералоподобных фаз, устойчивых к внешним физико-химическим воздействиям. В этой технологии применяется горячее изостатическое прессование (ГИП) при температуре около 750 °C, обеспечивающее формирование монолитного керамического блока с высокой химической и радиационной стойкостью. Разработка реализована Австралийской организацией ANSTO для переработки жидких ИРАО от производства радиофармпрепаратов [6]. Согласно экспериментальным и демонстрационным данным, срок стабильности таких матриц превышает 100 тысяч лет.

Отдельное направление технологического развития – использование многослойных геотехнологических барьеров, включающих глинистые минералы, вулканические туфы и каменные соли. Данные материалы обеспечивают как физическую, так и химическую защиту от миграции радионуклидов. При проектировании приповерхностных и глубинных ПЗРО учитываются региональные тектонические и гидрогеологические характеристики, с обязательной интеграцией инженерных экранов, рассчитанных на тысячелетнюю стабильность [5]. Интегральное сравнение ключевых технологий иммобилизации РАО представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнение технологий иммобилизации РАО

составлено автором на основе источников: [3, 5, 6]

Как видно из таблицы 1, технология Synroc превосходит традиционные методы остеклования по критерию долговечности, особенно при обращении с среднеактивными жидкими отходами. Вместе с тем, витрификация остается надежным промышленным стандартом при переработке ВАО, в особенности в условиях уже развернутой инфраструктуры замкнутого топливного цикла [3].

Современные подходы к инфраструктуре хранения и захоронения РАО включают инженерно-технологические решения и формирование устойчивой экологической и цифровой среды функционирования объектов. Интеграция геоинформационных систем, интеллектуального мониторинга и энергосберегающих технологий позволяет существенно повысить безопасность и устойчивость таких объектов. Одним из ключевых инструментов проектирования пунктов захоронения РАО выступает геоинформационный анализ. Согласно данным исследования Панкратов Н.С., Белов В.В. [5], на первом этапе отбора площадок учитываются 18 нормативных критериев, включающих сейсмостойкость, геодинамическую стабильность, отсутствие водоносных горизонтов и потенциальных источников затопления. Данные параметры регламентированы как отечественными, так и международными стандартами (НП-055-14, НП-060-05, ГОСТ Р 52037, требования МАГАТЭ). В таблице 2 представлены примеры нормативных ограничений.

Таблица 2.

Нормативные требования к площадкам ПЗРО

составлено автором на основе источника [5]

Развитие цифровых систем мониторинга играет центральную роль в обеспечении контроля за состоянием инженерных и экологических барьеров. В современных проектах используются IoT-сенсоры, SCADA-платформы и системы больших данных, что позволяет вести комплексный и непрерывный контроль параметров в реальном времени. Примером может служить объект Synroc в Австралии, где реализована полностью автоматизированная система контроля горячей камеры и изостатической обработки отходов. В отечественных разработках, в частности на базе Горно-химического комбината, ведется интеграция локальных цифровых систем, но с меньшим охватом [6].

Существенным направлением устойчивого развития ядерной инфраструктуры становится энерго переход: применяются решения, ориентированные на частичное или полное использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для энергоснабжения ПЗРО. Так, на Synroc-объекте применяются ВИЭ в сочетании с энергосберегающими технологиями, что позволяет сократить энергозатраты до <10 ГВт∙ч в год. В таблице 3 приведена сравнительная оценка объектов по экологическим и энергетическим параметрам.

Таблица 3.

Сравнительная оценка экологических и энергетических параметров

составлена автором на основе источников [4], [6], [8]

Использование экологических буферов, таких как зоны отчуждения, лесозащитные полосы и системы водозащиты, является неотъемлемой частью проектирования. По стандартам, санитарно-защитная зона ПЗРО в России должна составлять не менее 1000 м, а зона наблюдения – в 3–4 раза шире. Данные элементы существенно снижают риск миграции радионуклидов и минимизируют воздействие на биосферу. Таким образом, интеграция цифровых и экологических компонентов в инфраструктуру хранения РАО становится не просто технологическим выбором, а необходимым условием соблюдения принципов ALARA, устойчивости и межпоколенческой ответственности.

Обсуждение

Интеграция передовых технологий переработки и утилизации радиоактивных отходов в существующую российскую инфраструктуру ядерного топливного цикла (ЯТЦ) представляется как стратегически целесообразный и технологически реализуемый процесс. Центральным элементом такой интеграции выступает проект «Прорыв», ориентированный на создание замкнутого ЯТЦ с использованием быстрого натриевого реактора БРЕСТ-ОД-300 и переработки отработанного топлива с последующим его повторным использованием [3].

Проект «Прорыв» предусматривает разработку, демонстрацию реакторных установок нового поколения и инфраструктуру для глубокой переработки отработавшего топлива с минимизацией образования высокоактивных отходов. Технологии MOX-топлива (на основе оксидов урана и плутония), активно развиваемые на ФГУП «ГХК» и ФГУП ПО «Маяк», уже используются для повторного ввода ценных делящихся материалов в цикл, тем самым снижая объемы конечных отходов. Системная интеграция методов, подобных Synroc, в этом контексте открывает перспективу долговечной иммобилизации промежуточного и высокоактивного жидкого радиоактивного мусора – особенно актуального для медицинских и промышленных источников.

С технологической точки зрения, Synroc-подходы, базирующиеся на горячем изостатическом прессовании при температуре около 750 °C, могут быть адаптированы к существующим комплексам на ПО «Маяк» и ГХК при создании модульных установок для переработки ИРАО в твердую фазу. По результатам реализации пилотного проекта ANSTO, такие установки демонстрируют высокую эффективность как по снижению радиационной активности, так и по долговечности продукта (>10⁵ лет) [6].

Комплексные технологии разделения и трансмутации, разработанные в рамках международных программ, представляют особый интерес для сокращения доли минорно-актинидных отходов, которые вносят ключевой вклад в долговременную радиотоксичность. Их возможная интеграция в схему переработки на базе реакторов с быстрым нейтронным спектром (БН) – как раз тот случай, когда синергия между переработкой и реакторной технологией способна сократить объемы РАО на 30–50 % [3].

Несмотря на доказанную эффективность передовых технологий обращения с РАО, их широкое внедрение в ядерную инфраструктуру государств наталкивается на ряд структурных и институциональных ограничений. В первую очередь, это касается недостаточной нормативной унификации, что препятствует стандартизации проектных решений и созданию универсальных методик выбора площадок и технологий. В проведенном анализе российской нормативной базы отмечается, что существующие критерии (например, в НП-055-14, ГОСТ Р 52037-2003 и др.) избыточно ориентированы на инженерно-геологические параметры, тогда как экономические, логистические и социальные аспекты учитываются в ограниченном объеме.

Другим критически важным ограничением является неоднородность технической экспертизы и дефицит компетенций в области цифровизации и интеграции IoT-мониторинга. Как указывается в исследовании Нурудинова и Якупова, даже на существующих объектах обращения с РАО наблюдаются случаи неэффективного мониторинга, нарушения регламентов хранения и транспортировки, что часто связано с недостаточной квалификацией персонала [4].

Отдельного внимания требуют финансовые и политические барьеры. Материалы конференции Waste Management 2025 указывают на явную тенденцию к бюджетному сжатию и необходимости пересмотра приоритетов в рамках долгосрочного планирования ядерного цикла. В условиях фискальной дисциплины проекты в сфере переработки и глубинного захоронения отходов (например, DGR-проекты) нередко уступают место краткосрочным или частичным решениям, что вредит системной устойчивости всей инфраструктуры [7].

Наконец, важнейшим ограничением остается фактор общественного согласия. Даже технологически и нормативно обоснованные проекты могут быть приостановлены в случае сопротивления со стороны местных сообществ. Наиболее показателен в этом контексте канадский кейс: консенсусное согласие общин Ignace и Wabigoon Lake Ojibway Nation на размещение DGR для ОЯТ стало результатом более чем десятилетнего диалога, при этом проект еще должен пройти регуляторную экспертизу [7]. Это подчеркивает необходимость выстраивания долгосрочных коммуникаций и прозрачных механизмов общественного участия в управлении ядерным наследием.

Таким образом, успешная интеграция инновационных подходов в сферу РАО невозможна без комплексного преодоления институциональных и социальных барьеров, включающих адаптацию законодательства, развитие профессиональных компетенций, обеспечение политической воли и устойчивое взаимодействие с обществом.

Заключение

Проведенное исследование позволило выявить критически важную роль инновационных технологий в формировании устойчивой и экологически ответственной модели управления радиоактивными отходами. Комплексное применение технологий иммобилизации (Synroc, остеклование), инженерно-геологических решений (глубокие геобарьерные системы), цифровых средств мониторинга (IoT, SCADA) формирует качественно новый уровень безопасности, снижая риски миграции радионуклидов и обеспечивая долговременную изоляцию отходов.

Особое внимание уделено вопросам интеграции таких решений в национальную инфраструктуру обращения с РАО. Анализ показал, что замыкание ядерного топливного цикла (включая переработку MOX и P&T-подходы), цифровизация мониторинга и применение ГИС-анализов при выборе площадок позволяют обеспечить технологическую и экономическую эффективность отрасли. Пример проектов БРЕСТ-ОД-300 и Synroc продемонстрировал жизнеспособность подходов, обеспечивающих снижение объемов отходов до 50% и повторное вовлечение ценных изотопов в энергопроизводство.

Тем не менее, выявлены и ключевые ограничения, которые могут затруднить масштабное внедрение рассматриваемых решений. Среди них – отсутствие нормативной унификации, нехватка кадров с компетенциями в области цифрового управления и системного инжиниринга, общественное недоверие, требующее активного взаимодействия с локальными сообществами. Эти вызовы подтверждаются как в российских кейсах (ГХК, ПО «Маяк»), так и в зарубежной практике (DGR в Канаде, Synroc в Австралии).

Таким образом, модернизация инфраструктуры РАО требует системного подхода, включающего унификацию проектных стандартов, развитие образовательных траекторий, институциональную поддержку и международную кооперацию. Представленная модель сочетания технологических и социальных инноваций может служить ориентиром для формирования национальных программ устойчивого хранения отходов, соответствующих как внутренним приоритетам, так и международным обязательствам в области ядерной безопасности. Перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой универсальных стандартов оценки технологической совместимости решений, моделированием комплексного жизненного цикла объектов захоронения РАО в цифровой среде.

Список литературы:

1. Горин Н. В., Кучинов В. П., Усанов С. В., Васильев А. П. Использование подземных горных выработок для захоронения радиоактивных отходов 3-го и 4-го классов // Известия ТПУ. 2023. №9. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-podzemnyh-gornyh-vyrabotok-dlya-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-3-go-i-4-go-klassov (дата обращения: 21.05.2025).
2. Захаров А. Н. Инновационные технологии в геодезии для безопасности атомных электростанций // Евразийский Союз Ученых. 2024. №3 (111). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/innovatsionnye-tehnologii-v-geodezii-dlya-povysheniya-bezopasnosti-atomnyh-elektrostantsiy (дата обращения: 20.05.2025).
3. Кирсанов А. А. Разработка и апробация технологий для объектов захоронения и хранения отработанных ядерных отходов // Экономика строительства. 2024. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-i-aprobatsiya-tehnologiy-dlya-obektov-zahoroneniya-i-hraneniya-otrabotannyh-yadernyh-othodov (дата обращения: 21.05.2025).
4. Нурудинов С. М., Якупов З. Я. Утилизация и переработка ядерных отходов и минимизация их воздействия на человека и природу // Вестник науки. 2024. №12 (81). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-i-pererabotka-yadernyh-othodov-i-minimizatsiya-ih-vozdeystviya-na-cheloveka-i-prirodu (дата обращения: 22.05.2025).
5. Панкратов Н. С., Белов В. В. Выбор площадок для строительства пунктов захоронения радиоактивных отходов // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2020. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-ploschadok-dlya-stroitelstva-punktov-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov (дата обращения: 21.05.2025).
6. Innovative radioactive waste treatment technology forging ahead [Электронный ресурс] // Ansto – 2022. – URL: https://www.ansto.gov.au/news/innovative-radioactive-waste-treatment-technology-forging-ahead (дата обращения: 20.05.2025).
7. Waste Management 2025: Building a new era of nuclear [Электронный ресурс] // Nuclear Newswire – 2025. – URL: https://www.ans.org/news/article-6920/waste-management-2025-building-a-new-era-of-nuclear/ (дата обращения: 20.05.2025).
8. Technological solutions for long-term storage of partially used nuclear waste: A critical review [Электронный ресурс] // ScienceDirect – 2022. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306454921006125 (дата обращения: 19.05.2025).