Podziemne laboratoria

Proces budowy głębokich składowisk należy odróżnić od powstających obiektów zwanych podziemnymi laboratoriami badawczymi (URL - Underground Research Laboratory).

URL-e zostały utworzone w większości krajów zamierzających budować podziemne składowisko odpadów promieniotwórczych - w tym we wszystkich, w których Głównymi zadaniami realizowanymi przez URL są między innymi: określenie wpływu umieszczenia odpadów na środowisko, doskonalenie technik budowy składowisk odpadów promieniotwórczych, popularyzacja wiedzy o składowaniu, modelowanie barier geologicznych, sprawdzenie poprawności projektów technicznych, badania wpływu strefy uszkodzenia górotworu (EDZ - Excavation Disturbed Zone) wskutek wykonania robót górniczych, itd.

Oczekuje się aby URL zapewniał:

• minimalne i akceptowalne zagrożenie sejsmiczne,
• ograniczenie kontaktu odpadów z biosferą w perspektywie tysięcy lat (przez niską przepuszczalność skał i brak wód lub bardzo powolną ich migracje oraz zdolności sorpcyjne radionuklidów).

Wzrastające zainteresowanie problematyką składowania odpadów promieniotwórczych przyczyniło się do wybudowania podziemnych laboratoriów i prowadzenia krajowych oraz międzynarodowych projektów badawczych.

Aktualnie na świecie czynnych jest 13 laboratoriów URL-i, w tym 6 zlokalizowanych w skałach krystalicznych, 4 — w kompleksach ilastych, 2 — w solach kamiennych i 1 — w tufitach tufach.

Od kilku lat obserwuje się tendencję do rozwoju współpracy krajów o małej produkcji odpadów promieniotwórczych w celu budowy wspólnego, regionalnego składowiska odpadów promieniotwórczych. Obecnie ze środków Unii Europejskiej jest finansowany program SAPIERR (Support Action: Pilot Initiative for European Regional Repositories — Akcja Wspomagająca: Pilotażowa Inicjatywa dla Europejskich Składowisk Regionalnych), skupiający 21 organizacji z 14 państw.

Doświadczenia z budowy składowiska odpadów promieniotwórczych posiadają Niemcy. Repozytorium dla odpadów Morsleben (Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben-Eram) jest zlokalizowane w głębokich warstwach geologicznych w kopalni soli kamiennej w Morsleben Bartensleben, Saksonia-Anhalt. Po zamknięciu działalności górniczej polegającej na wydobyciu soli, kopalnia Bartensleben została przez rząd wyznaczona jako składowisko dla odpadów radioaktywnych. Dzisiaj, obiekt ten jest obsługiwany przez "Deutsche Gesellschaft zum Bau und Betrieb von Endlagern für Abfallstoffe mbH "pod nadzorem Bundesamt für Strahlenschutz.

Górnictwo soli w tym regionie ma ponad stuletnia tradycję. Pierwszy szyb szybu "Marie" powstał w 1897 roku. Kopalnia "Bartensleben" rozpoczęła funkcjonowanie między 1910-1912. Głębokość kopalni wynosi od 320 do 630 m.

Początkowy entuzjazm odnośnie budowy składowisk w soli zaczyna jednak opadać wraz z pojawieniem się nowych metod badania stabilności takich składowisk, ze względu na plastyczność soli, Ta cecha soli do niedawna uważana za zaletę, zaczyna obecnie być postrzegana w analizach bezpieczeństwa jako zagrożenie.

Warte omówienia są francuskie doświadczenia w składowaniu odpadów. ANDRA francuska jednostka publiczna odpowiedzialną za zarządzanie procesem składowania odpadów promieniotwórczych wypracowała metodologię budowy składowiska. Przy jej opracowaniu wykorzystano badania z Mozy / Haute-Marne URL ANDRA, gdzie Agencja w ilastej formacji przygotowuję się do eksploatacji repozytorium odpadów.

Metodyka ANDRY przewiduje następujące etapy:

1. Identyfikacja uwarunkowań i ocenę odpowiednich rozwiązań w oparciu o właściwości odpadów oraz warunków geologicznych.
2. Szukanie potencjalnych miejsc lokalizacji repozytorium w głębokich warstwach geologicznych.
3. Komunikacja i relacje z zainteresowanymi stronami w ramach procesu podejmowania decyzji na poziomie krajowym, regionalnym i lokalnym.
4. Badania geologiczne, programów symulacyjnych i modelowanie.
5. Budowa i działalność podziemnego URL.
6. Programy rozwoju technologicznego.
7. Badania bezpieczeństwa, przygotowanie wniosków o zezwolenie w zakresie bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej.
8. Budowa składowiska odpadów.
9. Definicja pakietu kryteriów akceptacji odpadów, specyfikacji unieszkodliwiania i zasad kontroli.
10. Szczegółowe badania na temat warunków pracy, możliwości odwracalności, długoterminowy monitoring, itp.
11. Ocena kosztów dla obiektu.

Harmonogram realizacji programu budowy składowiska we Francji obejmował:

• 1994 – 1996 terenowe prace geologiczne Mouse i Saute Marne w glinach na głębokości 500 m ppt
• 1999 - koncesja na budowę składowiska
• 2005 - raport podsumowujący prace geologiczne
• 2006 – drugie legislacyjne potwierdzenie budowy geologicznego składowiska (kolejne zmiany prawne przewidziane są na 2016r.)
• 2009 - wskazanie szczegółowej lokalizacji (30 km2 z 250 km2 objętych badaniami)
• 2010-2012 prace geologiczne
• 2013-2014 publiczna debata prowadząca do wyboru lokalizacji przez rząd
• 2015 - koncesja na uruchomienie składowiska
• 2017 - rozpoczęcie budowy
• 2025 - rozpoczęcie składowania

Przykład Francji pokazuje jak często przystosowywano regulacje prawne do potrzeb projektu oraz jak ważna jest komunikacja społeczna przy realizacji takiego projektu.

W podobnych jak we Francji warunkach geologicznych swoje badania nad składowiskiem prowadzi się w Belgii. Doświadczenia podziemnego laboratorium w Mol(Belgia) w formacjach ilastych prowadzone w ciągu wielu lat, potwierdziły możliwości technologiczne składowania w takich warunkach geologicznych. Wykazały one zalety tych spoistych utworów jako miejsca składowania. Jednocześnie, ze względu na słabe parametry nośne formacji ilastych, badania te ukazały konieczność przykładania szczególnej wagi do rozwiązań technicznych zabezpieczających stabilność wyrobiska.

Obserwujemy, że w zależności od budowy geologicznej kraje prowadzą badania w najbardziej prawdopodobnych miejscach lokalizacji, ze względu na własne warunki geologiczne. I tak URL-e powstają w: Pinawa, Lac du Bonnet URL w Kanadzie, Äspo, HRL w Szwecji, Grimsel, GTS w Szwajcarii - gdzie prowadzi się badania w skałach krystalicznych. W iłowcach zlokalizowano URL w Mol, HADES w Belgii, Bure URL we Francji. W soli prowadzone są prace Asse Salt Mine Gorleben (Niemcy) - w wysadach jak i w złożach pokładowych Carlsbad, New Moxico, WIPP USA czy omawianych powyżej tufach Yucca Mountain(USA).

Poza Europą i USA na czoło badań w URL-ach wysuwa się Japonia. Horonobe Centrum Badawcze prowadzi prace badawczo-rozwojowe dotyczące geologicznego składowania wysokoaktywnych odpadów i badania z zakresu nauk technicznych w celu weryfikacji wiarygodności głębokiego składowania, w rzeczywistych warunkach geologicznych.

Podziemne Laboratorium Badawcze Horonobe (HURL) jest projektem Japan Atomic Energy Agency (JAEA) na północny Hokkaido i ma na celu zbadanie środowiska geologicznego w skałach osadowych. HURL jest jednym z podziemnych laboratoriów badawczych przewidzianych w "Programie długoterminowych badań na rzecz, rozwoju i wykorzystania energii jądrowej (LTP)". Znaczenie podziemnych laboratoriów badawczych zdefiniowano w LTP jako zapewnienie miejsc na badania i rozwój, aby potwierdzić w warunkach geologicznych technologie unieszkodliwiania odpadów i ustalić metody oceny bezpieczeństwa. URL ma także służyć jako zakład demonstracyjny dla społeczeństwa w zakresie poznania zasad geologicznego składowania.

Funkcjonowanie HURL przewidziane jest na okres 20 lat w trzech fazach:

• Faza 1: wstępne badania z powierzchni (6 lat),
• Faza 2: Badania udostępniające podziemne (6 lat),
• Faza 3: Badania z wykorzystaniem gotowego obiektu (9 do 11 lat).

Efekty badań w HURL przyczyniają się do powstawania programu geologicznego składowania oraz powstania przepisów bezpieczeństwa, które przygotuje rząd. Mają one być rozpatrywane łącznie z wynikami badań w kolejnych japońskich URL-ach prowadzonych w JAEA (Tono Geoscience Center w prefekturze Gifu i Tokai Centrum Badań i Rozwoju, w prefekturze Baraki) z wykorzystaniem wyników badań z szerokiej współpracy międzynarodowej.

Elementem skupiającym uwagę ze względów na bezpieczeństwo przyszłej eksploatacji składowiska są badania EDZ uszkodzenia górotworu w wyniku prac górniczych. Prace takie są realizowane w wielu URL-ach. Na przykład w kanadyjskim URL Lac du Bonet, w strefie występowania wysokich naprężeń badano strefy uszkodzone i oceniono je na kilkadziesiąt centymetrów, stąd utrzymanie wyrobiska wymagało tam tamowania wycieków wodnych.

W Mont Terri w Szwajcarii, w utworach ilastych badania wykazały, że występujące w nich minerały charakteryzujące się własnościami plastycznymi i pęcznienia, powodowały szybkie zabliźnianie się pęknięć powstałych w strefie EDZ. Podobne badania wykonywano w soli kamiennej. Badania tego typu pozwalają, nie tylko na ocenę głębokości strefy uszkodzonej EDZ w skałach różnego typu, ale i sa wykorzystywane w celu wyboru najlepszej lokalizacji, a również w celu minimalizacji ryzyk podczas eksploatacji. Kolejnym elementem istotnym dla przyszłego bezpieczeństwa składowania, który jest badany w URL-ach jest wpływ ciepła wytwarzanego przez odpady promieniotwórcze na otoczenie skalne. Na podstawie eksperymentów stwierdzono, że generacja ciepła przyspiesza zdecydowanie pełzanie soli kamiennej, a w skałach ilastych oraz zeszczelinowanych skałach krystalicznych może spowodować znaczący ruch wody i gazów w górotworze oraz zmienić charakter szczelin.

Badania w URL-ach ukierunkowane były również na ocenę zachowań podsadzki bentonitowej i materiałów wypełniających w składowisku. W skałach innych niż krystaliczne - mniej skonsolidowanych, ustalono, że kluczową kwestią jest wymóg zabezpieczenia wyrobisk przed obrywami, zawałem, pełzaniem czy zaciskaniem. W utworach osadowych badano w URL-ach zagrożenie zwiększonej migracji poziomej, co jest następstwem procesu osadzania i formowania się tych skał. Badania pod kątem składowania w soli pokazują, że wyrobiska w nich lokowane nie podlegają konieczności dodatkowych wzmocnień, ale pozostaje kwestia mobilności tych skał. Procesy zaciskania z jednej strony mają pozytywny aspekt bo doprowadzają do pełnej (szczelne wypełnienie) izolacji składowanego odpadu, ale też mogą wywołać problemy z bezpieczeństwem, ze względu na nieprzewidywalność ich zachowań.

Tekst stanowi zmodyfikowany fragment opracowania dr. H. J. Jezierskiego Koncepcja budowy głębokiego geologicznego składowiska odpadów promieniotwórczych w Polsce, wykonanego na zlecenie Departamentu Energii Jądrowej Ministerstwa Gospodarki, które jest właścicielem praw autorskich do tego tekstu.