ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Очень важно предвидеть возможные опасные. последствия осу­ществления Плоушерской программы, оценить их вероятность и пред­усмотреть специальные меры по контролю или предотвращению подоб­ных явлений. К таким мерам относятся также проведение измерений для обеспечения безопасности и ведение документации, подтверждаю­щей, что осуществление проекта действительно безопасно.

Радиологические вопросы. При соответствующем цементировании и укреплении ствола скважины на глубине предполагаемого залега­ния горячей породы вряд ли можно ожидать радиоактивного загряз­нения атмосферы или подземных вод. В процессе эксплуатации элект­ростанции радиоактивные изотопы, которые могут быть вынесены на поверхность паром, вновь будут унесены конденсатом в область, раз­рушенную взрывом, и вся система будет замкнутой.

Вероятность радиоактивного загрязнения атмосферы. Согласно результатам более 300 подземных ядерных взрывов, при правильном

И точном размещении зарядов и укрецлении ствола скважины, выход радиоактивности на поверхность маловероятен. Ниже рассматривают­ся некоторые причины неожиданной утечки радиоактивности, имевшие место в прошлом, и предлагаются меры борьбы с такими явлениями.

1. Неисправное и (или) недостаточное цементирование и укрепле­ние ствола скважины, что можно проконтролировать.

2. Недостаточна глубина размещения зарядов. В этой связи сле­дует отметить, что данное исследование касается только такой глу­бины размещения зарядов, которая намного превышает глубину, не­обходимую для предотвращения распространения радиоактивности (примерно 120 м, умноженные на корень кубический из мощности за­ряда в килотоннах).

3. Просачивание через трещины или разломы в породе, окружаю­щей скважину для размещения заряда. Эту вероятность можно свести к минимуму тщательным геологическим картографированием и выбо­ром места взрыва.

В прощлом при небольших утечках радиоактивности пооледующие исследования показали, что лишь чрезвычайно малая часть радиоак­тивности достигла поверхности через сложную систему трещин.

В случае маловероятной утечки радиоактивности на поверхность потребуются метеорологические сводки погоды, чтобы установить на­правление распространения радиоактивности и принять соответствую­щие меры защиты. Метеорологические прогнозы могут быть сделаны на основе данных, предоставляемых стационарными метеорологичес­кими станциями, а также данных, собранных на месте взрыва.

В итоге можно утверждать, что вероятность радиоактивного за­ражения биосферы можно свести к минимуму и проект может осу­ществляться с полной уверенностью в его безопасности.

Загрязнение подземных вод. Необходима предварительная тща­тельная оценка гидрогеологического режима, чтобы исключить проб­лему радиоактивного загрязнения подземных вод. На глубине 2,6 км взрыв произойдет ниже водного зеркдла, ниже всех водоносных слоев, в породе с очень низкой водопроницаемостью. При условии отсутствия каких-либо трещин (естественных или образованных в результате взрыва), через которые флюид мог бы просочиться в близлежащие водоносные слои, перенос радиоактивности водой фактически исклю­чается.

Необходимо обеспечить герметичность трубообразной полости относительно приповерхностных вод. тщательным цементированием

Верхней части ствола скважины. Отсутствие радиоактивности в сква­жинах и водоносных слоях должно быть подтверждено измерениями, проведенными после взрыва.

После окончания взрывных работ и завершения строительства электростанции, в процессе эксплуатации станции необходимо тща­тельно следить за тем, чтобы пар и конденсат не соприкасались с водоносными горизонтами, расположенными вблизи поверхности.

Защита от радиации. Задача защиты от радиации состоит в защи­те людей от возможного облучения и регистрации случаев облучения, когда таковые имеют место.

Эксплуатация и обслуживание систем контроля должны осущест­вляться персоналом, оснащенным пленочными дозиметрами, защитны-. ми костюмами и аппаратурой для обнаружения и измерения излучения. Зона радиологической безопасности должна быть установлена с мо­мента доставки ядерного заряда на место и затем в течение всей ра­боты электростанции, причем размеры этой зоны в каждый конкрет­ный момент определяются потенциальной опасностью аварийной си­туации и вероятностью ее реализации. Меры защиты от излучения должны также включать:

1. Взятие проб и контроль за окружающей средой в ок­рестности взрыва до и после него.

2. Регистрацию колебаний уровня фоновой радиоактив­ности.

3. Обеспечение необходимой информацией ведомств здравоохранения данного штата и привлечение их к сотруд­ничеству.

4. Готовность к принятию чрезвычайных мер защиты от облучения в цлучае неожиданной утечки радиоактивности.

Вопросы сейсмической безопасности. При проведении любого подземного ядерного взрыва необходимо принимать во внимание воз­можность повреждения сооружений, созданных руками человека, или природных объектов. Эта возможность обусловлена движением земной поверхности под действием волн напряжений, расходящихся в земной коре от гипоцентра взрыва. Движение земной поверхности характери­зуется ускорением, скоростью и перемещением поверхности земли в данной точке. Эти параметры зависят главным образом от расстояния на поверхности до эпицентра взрыва, глубины размещения заряда, его мощности, геологии района, среды, в которой происходит взрыв, и от типа почвы или породы, на которой находится объект.

12 Зак. 14650

На фиг. 3.9 приведены зависимости параметров движения земной поверхности от расстояния, полученные по результатам измерений, проводимых во время многочисленных испытаний на полигоне шт. Невада, и являющиеся типичными для ожидаемого эффекта движе­ния поверхности, сложенной аллювиальными породами, на расстоянии свыше нескольких километров от эпицентра взрыва 1000-килотонного заряда, заложенного на глубине 2,5 км в твердоскцльной породе. Ана­логичные кривые были получены для других мощностей и глубин рас­положения заряда.

Степень повреждения объекта зависит, в частности, от частоты врлны возмущения (являющейся функцией типа почвы, мощности за­ряда, глубины, на которой производится взрыв и т. д.) и от частоты ответного колебания конкретного объекта. Существуют более совер­шенные методы расчета, учитывающие все эти факторы, но они могут быть использованы, если только имеется подробная информация от­носительно предполагаемого места взрыва, мощности заряда и гео­логии района. Большую помощь в таких оценках могли бы оказать взрывы малой мощности для сейсмической классификации данного района и экспериментальные определения собственных частот объектов.

Наряду с оценкой ответного колебания объектов необходимо об­следовать состояние, в котором находятся объекты, расположенные в данном районе, и рекомендовать меры защиты тех из них, которые могут быть повреждены в результате земных колебаний. Такой ос­мотр должен включать исследование состояния фундаментов, опреде­ление ответного колебания объектов и естественных уровней земных колебаний для объектов, расположенных в данной местности.

Необходимо провести обследование шахт до взрыва и после него, склонов, мест возможного обвала породы, а также нефтяных и газо­вых скважин данного района, которые могут быть повреждены при взрыве. Осмотр, предшествующий ядерному взрыву, включает иссле­дование и описание состояния шахт, скважин и обслуживающих их на­земных сооружений, которые могут пострадать, и при необходимости разработку рекомендаций по созданию специальных креплений или принятию других мер, необходимых для предотвращения или уменьше­ния потенциального ущерба.

Вызванные взрывом подземные толчки. Накопленный в течение нескольких лет опыт проведения подземных испытаний, свидетельству­ет о том, что подземные ядерные взрывы могут оказывать влияние на локальную сейсмическую активность. Характер влияния и его ин­тенсивность зависят от двух основных факторов: энергетической мощности взрыва и уровня напряжения и тектонической активности данной области. Самый крупный из подземных ядерных взрывов вы­звал небольшие подземные толчки в непосредственной близости от места взрыва, помимо обычно регистрируемых сигналов, вызываемых оседанием полости взрыва. Наибольший из зарегистрированных на сегодняшний день подземных толчков бщл в 100 раз слабее, чем сиг­нал самого взрыва. Есть основания полагать, что эти сигналы возни­кают как реакция окружающей породы на нестационарный процесс воз­мущения, порожденного взрывом. Для взрывов мощностью в несколь­ко мегатонн, расстояние, на которое распространились эти сигналы от источника, составляло не более 15 км. Естественные сейсмические процессы подобны крупным подземным взрывам тем, что за основным толчком обычно следуют многочисленные толчки меньшей силы.

В связи с Этим возникает вопрос, не может ли подземный ядер­ный взрыв вызвать "естественное" разрушительное землетрясение в непосредственной близости от взрыва или на некотором расстоянии от него. Этого ни разу не случалось в прошлом, и вряд. ли можно ожи­дать, что это когда-либо произойдет, особенно в тектонически устой­чивом районе. В тектонически неустойчивом районе (каковым может оказаться геотермальный район) или там, где местные напряжения могут достичь уровня, при котором следует ждать естественного землетрясения, существует некоторая вероятность, которой нельзя пренебрегать, что ядерный взрыв может ускорить землетрясение.

Возбуждение вулканической деятельности. Выход на поверхность раскаленной породы в результате подземного ядерного взрыва пред­ставляется весьма маловероятным. Теоретически возможно, что:

1 1) порода, расплавленная энергией взрыва, поднимает­ся через образовавшиеся трещины в перекрывающей породе и выйдет на поверхность;

2) ранее существовавшая магма, находившаяся в состо­янии покоя в естественном резервуаре ниже зоны взрыва, придет в движение и извергнется на поверхность через об­разовавшиеся в результате взрыва трещины.

Вероятности каждого из этих двух событий следует рассмотреть отдельно. Результаты предыдущих испытаний в сходных породах сви­детельствуют, что количество расплавленной породы, образующейся при взрыве, составляет а/1000 метрических тонн на килотонну заря­да. Взрыв зяряда мощностью в 1000 кт приведет к образованию 400000 м3 расплавленной породы. Несмотря на то что этот объем огромен, опыт предшествующих 300 подземных взрывов свидетель­ствует о том, что вся эта порода остается в замкнутом объеме, не­посредственно окружающем зону взрыва, если заряд размещается достаточно глубоко и если через зону взрыва не проходят естествен­ные трещины, выходящие на поверхность. Размещение заряда в дан­ном исследовании на трехкилометровой глубине полностью исклю­чает возможность выхода расплавленной породы на поверхность. Второе условие, заключающееся в том, что естественный объем рас­плавленной магмы, расположенный ниже места взрыва, придет в движение под действием взрыва, не исключается.

Необходимо рассмотреть по крайней мере три фактора. Во-пер - вых, ударная волна может вскрыть трещины или старые каналы, че­рез которые магма может подняться под действием гидростатичес­кой силы. Во-вторых, волна сжатия может увеличить текучесть жид­кой породы, как в случае некоторых тиксотропных материалов, и вы­звать заполнение ею трещин. Наконец, ударная волна может вызвать внезапное выделение газов, растворенных в магме, и жидкость нач­нет пениться подобно тому, как встряхивание газированных напит­ков приводит к образованию пены и переливанию жидкости через край.

Возможность такого возбуждения вулканического извержения за­висит от близости расположения магматического очага и наличия от­крытых трещин или старых каналов, через которые магма может из­литься на поверхность. При соблюдении разумных предосторожностей опасность возбуждения ядерным взрывом вулканического извержения можно значительно уменьшить или полностью исключить.

Гидротермальные взрывы. Гидротермальный взрыв отличается от вулканического извержения тем, что в нем не участвует магма. Такой взрыв может произойти в районах, где система циркулирую­щей воды переносит тепло с некоторой глубины на поверхность. Вбли­зи поверхности часть этой воды может достичь температуры, близ­кой к температуре мгновенного парообразования. Кроме того, при "самозакупоривании" трещин, в результате отложения в них минераль­ных веществ или изменений пород, может возникнуть давление, пре­вышающее гидростатйкеское.

Если большая масса воды будет находиться в состоянии, близком к вскипанию, любая неустойчивость, например падение давления на поверхности, может привести к мгновенному преврашению в пар все­го объема воды и вызовет гидротермальный взрыв. Подобные взры­вы происходят довольно редко. На земле существует довольно много районов с термальными источниками, однако лишь в немногих проис­ходили гидротермальные взрывы. Следовательно* для возникновения такого взрыва требуются весьма специфические условия.

Рассматриваемая здесь Плоушерская программа использования геотермальной энергии не предназначена для районов, где существу­ет естественная система циркуляции воды. Более того, нет планов создания систем, содержащих большие объемы сильно перегретых вод. Возможно, что если бы в районе осуществления Плоушерской программы существовали термальные источники с температурой, близкой к температуре кипения, подземный толчок мог бы возбудить гидротермальный взрыв. Вероятность этого события и потенциальную опасность, связанную с таким взрывом, по-видимому, надо оценивать применительно к конктретной геотермальной площадке.

Экологические проблемы. Должно быть проведено экологическое исследование предполагаемого места для осуществления Плоушерской геотермальной программы, которое должно включать оценку влияния ядерного взрыва, строительства и эксплуатации электростанции на живые организмы данного района и на окружающую среду. Поскольку методы строительства и материалы для геотермальной станции явля­ются стандартными, используемыми на других стройках, никаких но­вых экологических эффектов не предвидится. Однако, как в любом проекте строительства, должны быть по возможности приняты обыч­ные меры предосторожности, связанные с защитой окружающей сре­ды. Влияние бассейна для охлаждения конденсата на уровень и дви­жение грунтовой воды во время работы станции представляет собой потенциальную проблему. Необходимо изучить вопрос о том, насколь­ко просачивание из этого бассейна может повлиять на уровни грунто­вой воды и на движение термальных вод.

Необходимо определить существующее в настоящее время мест­ное и региональное использование подземных вод. Необходимо также предсказать будущее использование подземных вод, поскольку соору­жение геотермальной станции и региональное развитие, по всей ве­роятности, приведут к интенсификации использования земель для ир­ригации, промышленного производства и получения питьевой воды. Из-за потерь воды, связанных с просачиванием и испарением, необ­ходимо восполнять ее количество в- бассейне для охлаждения, и это количество должно быть оценено. Дополнительно потребуется сброс замещенной воды из бассейна для охлаждения, если требуется поддер­живать содержание солей на уровне, приемлемом для эксплуатации электростанции. Если этого не делать, то возможны нежелательные биологические эффекты.

При рассмотрении ядерного взрыва и эксплуатации электростан­ции могут обсуждаться две новые проблемы - движение земной по­верхности, вызванной взрывом, и возможность утечки на поверхность

Радиоактивности во время взрыва или во время эксплуатации элек­тростанции. Однако эти проблемы на самом деле не новы, поскольку фактические и потенциальные воздействия на окружающую среду из этих источников анализируются уже в течение многих лет и во мно­гих странах.

Классическим исследованием по проблеме окружающей среды яв­ляется исследование, проведенное в районе мыса Томпсон на Аляске по Плоушерской программе под руководством Комиссии по атомной энергии в 1959 - 1961 гг. Нет необходимости проводить такие подроб­ные исследования для каждого района, однако следует собрать доста­точное количество экологических данных для всестороннего анализа возможного влияния на окружающую среду и для обеспечения основы для разработки способов, сводящих к минимуму или полностью исклю­чающих нежелательные воздействия на окружающую среду.