Вестник Кольского научного центра РАН. 2015, №1.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 624.030.7:551.34:51-37 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД НА ОБЪЕКТЕ ПОДЗЕМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОЯТ БИЛИБИНСКОЙ АЭС Н.Н. Мельников, П.В. Амосов, Н.В. Новожилова Горный институт КНЦ РАН Аннотация Приведены результаты численного моделирования теплового состояния многолетнемерзлых горных пород с учетом фазового перехода «вода - лед» на объекте подземной изоляции ОЯТ Билибинской АЭС. Проанализированы три схемы захоронения ОЯТ в чехлах длительного хранения (по глубине вмещающего массива) - в два, три и четыре яруса. Для каждой схемы захоронения определено время выдержки ОЯТ, при котором обеспечивается безопасная зона оттаивания между смежными скважинами. Выполнен анализ пространственно-временных распределений температуры при вариации радиуса скважины и коэффициента теплопроводности материала-заполнителя. Отмечены особенности динамики температуры в областях модели, и оценены размеры зон оттаивания во вмещающем массиве. Ключевые слова: моделирование, захоронение ОЯТ, многолетнемерзлые горные породы, учет фазового перехода «вода - лед», динамика распределения температуры, время выдержки. Введение Известно, что к 2020 г. все энергоблоки Билибинской АЭС (БилАЭС) будут выведены из эксплуатации, а значит, в ближайшее время нужно принять окончательное решение о судьбе накопившегося (не перерабатываемого на данный момент) отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). В 2011 г. Росатомом рассматривалось три варианта обращения с ОЯТ БилАЭС [1-3]: • хранение отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) в бассейнах выдержки; • вывоз на переработку; • захоронение в многолетнемерзлых горных породах (ММГП). В 2012 г. количество вариантов сократилось до двух последних и, наконец, в 2013 г. остался только единственный вариант - вывоз на переработку [4]. Тем не менее, авторы постарались довести до конца запланированный еще в 2011 г. цикл исследований и представляют научной общественности свои обобщенные результаты. Вариант захоронения ОЯТ экономически менее затратен и - с учетом огромного опыта по созданию инженерных сооружений в условиях вечной мерзлоты - наиболее реализуем (см. рис. 1). Для авторов вариант с подземной изоляцией ОЯТ интересен с научной точки зрения, поскольку необходимо рассматривать тепловую задачу с учетом фазового перехода «вода - лед». В материалах открытой печати практически полностью отсутствует информация касательно теплофизических параметров объекта подземной изоляции ОЯТ и подробных результатов оценки теплового состояния вмещающего массива [2, 3, 5]. В попытке восполнить нехватку подобной информации авторы опубликовали первые результаты своих исследований по данной проблеме в работе [6]. ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2015(20) 3