В Пензенском государственном университете разработали инновационный материал для создания контейнеров для хранения радиоактивных отходов (РАО). Ученые ведут активные переговоры с государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом». В скором времени в России может появиться инновационный материал для производства контейнеров для хранения радиоактивных отходов.
В ПГУ много лет работают над созданием слоистого металлического материала с внутренним протектором. Его используют для хранения РАО.
К разработке научного направления присоединились молодые ученые. Егор Оськин — студент Политехнического института ПГУ. Стартап «Слоистый металлический инновационный материал с внутренним протектором для контейнеров хранения твердых радиоактивных отходов, полученный по гибридной технологии», над которым он работает при финансовой поддержке проекта «Платформа университетского технологического предпринимательства», позволит решить остро стоящую перед атомной энергетикой России проблему — безопасного хранения радиоактивных отходов.
«Особенностью этого вида отходов является наличие в их составе делящихся ядер, которые наносят непоправимый ущерб жизни и здоровью человека, окружающей природной среде и экологической безопасности», — рассказал Егор Оськин.
Над решением проблемы работал научный коллектив Пензенского государственного университета. В 2012 году ученые получили евразийский патент на способ получения многослойного материала повышенной коррозионной стойкости. Именно этот способ позволяет получать уникальный слоистый металлический материал с внутренним протектором. По словам одного из разработчиков патентного решения — российского ученого в области материаловедения и ударно-волновой обработки материалов, д-ра техн. наук, профессора, заведующего кафедрой «Сварочное, литейное производство и материаловедение» ПГУ Андрея Розена, такой материал позволит экологически безопасно хранить РАО в условиях приповерхностного хранения.
Поясним, для низкоактивных веществ строят специальные бункеры, которые находятся у самой поверхности земли, что упрощает процесс осуществления контроля. Такие пункты финальной изоляции РАО назвали приповерхностными. Пункты рассчитаны на 10 000 лет безопасного хранения отходов на весь период их потенциальной опасности.
К низкоактивным веществам относят отходы III–IV классов низко- и среднеактивные короткоживущие (загрязненный радионуклидами мусор, спецодежда и так далее). Такие отходы станут неопасными примерно через 300 лет. Для их изоляции можно использовать приповерхностные пункты захоронения (ППЗРО) — глубиной до 100 метров.
Изготовление специальных контейнеров по новой технологии, предложенной в ПГУ, колоссально повысит их эксплуатационный ресурс. Это достигается благодаря высокой коррозионной стойкости контейнера.
«Повышение эксплуатационного ресурса контейнеров полностью исключает вопрос их периодической смены. В этом случае затраты на хранение могут быть уменьшены в десятки и сотни раз», — поделился мнением Андрей Розен.
Благодаря научной работе Егора Оськина вскоре будет создан опытный образец такого материала. Отметим, самый ответственный момент в получении материала — этап сварки взрывом. Основной вклад Егора в научную работу заключался в разработке композитного металлического материала для создания контейнеров. Студент взял за основу патентное решение и доработал его так, что материал стал не только коррозионностойким, но и защищающим от ионизирующего излучения.
«Максимальная трудность при создании опытного образца заключалась в этапе сварки взрывом. Я проводил испытания над материалами, занимался зачисткой, обработкой и сборкой металлических материалов при подготовке к полигонным работам по сварке взрывом», — поделился Егор Оськин.
Стоит отметить, что в настоящее время в России для хранения используют в первую очередь нержавеющие стали аустенитного класса (марки 10Х18Н12Т, 12Х18Н10Т, 08Х16Н9М2, 10Х14АГ15, 02Х8Н22С6 [ГОСТ]) и их иностранные аналоги AISI 304, AISI 321, ASTM 321 (США), X10CrNiTi18-9 (Германия), SUS 321, SUS 321 TK (Япония), 321S51 (Англия) и высокопрочный чугун (ВЧШГ) аустенитной матрицы (марки Нирезист, Д2, Д2В, Д2С, Номаг). Ресурс работы емкостей из таких материалов составляет 70–90 лет.
«Это приводит к необходимости с указанной периодичностью вместо имеющихся емкостей создавать новые, перемещая в них отходы, а отработавшие ресурс металлы подвергать утилизации. По этой причине РАО необходимо гарантированно упаковывать в емкости, обеспечивающие коррозионную стойкость и защиту от ионизирующего излучения на длительный срок без необходимости их извлечения и проведения переконсервации с возможностью приповерхностного хранения», — пояснил научный руководитель, канд. техн. наук, доцент кафедры «Сварочное, литейное производство и материаловедение» ПГУ Александр Хорин.
Предлагаемая Егором Оськиным технология позволяет изготавливать контейнеры для хранения РАО со свойствами, увеличивающими срок захоронения от 500 лет и более.
«Первоначально было необходимо определиться со структурой материала, достаточно стойкой к многолетнему воздействию агрессивной среды, но при этом более выгодной экономически по сравнению с аналогами. Выбранная архитектура материала контейнера (12Х18Н10Т-ВЧШГ с аустенитной матрицей) позволяет добиться себестоимости конечного продукта, сопоставимой со сталями аустенитного класса. Однако по коррозионностойкости быть наряду с молибденом, палладием, хастеллоем, никелем», — объяснил Егор Оськин.
В ближайшей перспективе на территории Иссинского карьера в Пензенской области запланировано проведение работ сваркой взрывом для получения опытного образца. Сейчас ПГУ активно сотрудничает с крупнейшей госкорпорацией «Росатом» — существует предварительная договоренность о внедрении инновационного способа.
«Увеличение срока службы, коррозионностойкости, стойкости к ионизирующему излучению контейнеров для хранения твердых радиоактивных отходов (ТРО) является гарантией безопасности для жизни будущих поколений. Уверен, что эта разработка имеет колоссальный потенциал использования не только в атомной, но и в оборонной промышленности», — прокомментировал Андрей Розен.
В оборонной промышленности разработка найдет широкое применение при утилизации посредством захоронения предметов, представляющих угрозу окружающей среде (продукты заражения «грязной бомбой», сердечники кинетически бронебойных боеприпасов и элементы брони боевых машин из обедненного урана).
«Через год мы получим опытный образец. К тому моменту разработка будет находиться на уровне готовности TRL3, то есть будет разработан макетный образец технологии, и мы сможем продемонстрировать её ключевые характеристики. Далее над образцом будут проводиться испытания на предмет защиты от коррозионного и ионизирующего воздействия», — добавил студент.
Анна Келасьева
«Университетская газета», №7 (1789) от 19 октября 2023 года
