В России предложили эффективную методику переработки радиоактивных отходов
Что делать с отходами, которые остаются после ядерных испытаний и работы с радиоактивными материалами? Этот вопрос стоит довольно остро в течение десятилетий. Токсичные могильники несут потенциальную опасность для населения, даже если находятся на большой глубине. Решение проблемы предложили радиохимики из Института геохимии и аналитической химии РАН (ГЕОХИ РАН), запатентовав эффективный способ переработки таких отходов.
Опасный мусор
Российский «Закон об использовании атомной энергии» от 21 ноября 1995 года (№ 170-ФЗ) гласит, что к радиоактивным отходам (РАО) следует относить ядерные материалы и радиоактивные вещества в твёрдом, жидком или газообразном виде, не подлежащие дальнейшему использованию. Они могут образовываться в результате деятельности оборонных заводов, предприятий, связанных с атомной энергетикой, атомных электростанций, на судах и других видах транспорта, работающих на атомной энергии, а также при авариях, которые приводят к выбросам радиации.
Даже людям, не обладающим специальными знаниями, понятно, что такие выбросы и канцерогенные вещества несут опасность для экологии и живых существ. Поэтому отходы с радиоактивными свойствами хранят в специальных могильниках, где, как предполагается, они надёжно изолированы от контакта с окружающей средой.
Неправильная утилизация РАО приводит к загрязнению и заражению почвы, воды и воздуха, не говоря уже об обитающих там существах. Между тем, по данным МАГАТЭ, сегодня на территории России накоплены уже миллионы тонн опасного мусора, и ежегодно хранилища пополняются ещё на пять миллионов тонн.
Даже обычные помойки существенно ухудшают экологическую обстановку и наносят вред всему живому вокруг. А уж если это свалки радиационных отходов… Есть данные, что вблизи таких мест люди чаще болеют, дети рождаются с аномалиями. Иногда же в таких зонах в прямом смысле слова «птицы не поют, деревья не растут». Даже если могильник находится на достаточном расстоянии от населённых пунктов, само его наличие порой вызывает социальные протесты.
В сегодняшней России проблемой утилизации такого мусора занимается ФГУП «Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами» (НО РАО).
– Ранее в нашей стране отсутствовал национальный оператор, в задачи которого входила бы изоляция радиоактивных отходов. Не было системы, позволяющей решать эту проблему. Не имелось даже пунктов финальной утилизации, – прокомментировал директор департамента по связям с общественностью и СМИ НО РАО Никита Медянцев. – Изменения наступили лишь после того, как в 2011 году был принят соответствующий федеральный закон, благодаря которому в 2012 году и образовалось наше предприятие.
Пункты финальной утилизации РАО за эти годы появились в Новоуральске Свердловской области, Озёрске Челябинской области, Северске Томской области и других российских городах. Но, несмотря на тщательный экологический мониторинг, возможность утечек и загрязнений всё равно остаётся.
Существуют и альтернативные методы утилизации РАО. Например, сжигание в плазменных печах, прессование, цементирование и битумирование, остекловывание в боросиликатном стекле, синрок, инкапсуляция. В результате либо значительно уменьшается объём отходов и, соответственно, меньше требуется места для их захоронения, либо создаётся изолирующая прослойка, которая не пропускает радиацию.
Повторные циклы
Однако здесь речь идёт только об утилизации. Причём не стоит забывать, что это процесс отнюдь не дешёвый и довольно обременительный для государственного бюджета. Между тем сырьё для того же ядерного топлива, к примеру, является дефицитом.
А что, если запустить замкнутый цикл переработки таких отходов? Кстати, в своём декабрьском докладе «Обзор ядерных технологий – 2023» МАГАТЭ отмечает, что всё более актуальным становится создание специальных методик по обращению и переработке ядерного топлива. И прежде всего – это работа с оксидным урановым и уран-плутониевым топливом.
Этим, собственно, и озадачились в ГЕОХИ РАН.
Как поведал главный научный сотрудник радиохимической лаборатории института академик, доктор химических наук, председатель Межведомственного научного совета по радиохимии при президиуме РАН и госкорпорации «Росатом» Борис Мясоедов, при открытом ядерном цикле топливо помещают в реактор, где подвергают облучению, и по завершении цикла хранят в водной среде в специальных бассейнах или же в сухом виде.
При закрытом же цикле облучённый уран выгружают из реактора и перерабатывают. То есть его можно повторно использовать для выработки энергии, что экономически гораздо выгоднее. И над этой задачей сейчас активно бьются учёные разных стран.
– Теоретически природный уран можно перерабатывать до пяти раз, однако требуются дополнительные затраты и повышение степени защиты от радиоактивного излучения, – поясняет академик Мясоедов. – Правда, это решает проблему с нехваткой уранового сырья. Современные российские технологии позволяют производить переработку такого топлива около трёх раз. В дальнейшем, возможно, удастся увеличить количество перерабатывающих циклов до десяти. При этом подобные технологии должны отвечать всем требованиям радиационной безопасности.
По словам Мясоедова, комплекс работ по так называемому мультирециклированию ядерных материалов включает четыре направления. Два из них носят в основном исследовательский характер. Первое направление ставит целью повысить эффективность применения энергетического потенциала ядерного топлива одновременно с сокращением объёмов радиоактивных отходов. Второе – развивать новые технологии переработки использованного ядерного топлива.
А два других направления связаны с решением прикладных задач на предприятиях атомной отрасли. Это в первую очередь снижение объёмов жидких и твёрдых радиоактивных отходов, их изоляция и утилизация. Помимо этого, планируется постепенно выводить из эксплуатации объекты, связанные с ядерной и радиационной опасностью.
Предварительное обсуждение проекта состоялось в 2018 году на тематическом НТС № 5 госкорпорации «Росатом». В 2019 году он получил одобрение Комитета по науке РФ.
Внедрение – уже сегодня!
Рабочее название технологии, придуманной специалистами ГЕОХИ РАН, – «Железный пурекс-процесс». Заказчиком разработки стало частное предприятие «Наука и инновации», сотрудничающее с «Росатомом».
– Суть методики заключается в выделении из высокорадиоактивных отходов долгоживущих изотопов америция, а также кюрия и редкоземельных элементов. Для этого мы используем трибутилфосфат – экстрагент, который уже в течение нескольких десятилетий надёжно себя зарекомендовал, – сообщил заместитель директора по научной работе ГЕОХИ РАН, заведующий лабораторией радиохимии доктор химических наук Сергей Винокуров. – Если удастся практически реализовать наше изобретение, то получится в десятки раз сократить объёмы наиболее опасных отходов с длительным периодом радиоактивности, а также затраты на их захоронение.
На сегодняшний день данные технологические решения всё ещё находятся в процессе испытаний, которые проводятся под эгидой «Росатома». Как сообщили авторы разработки, планируется, что данная технология будет применяться на радиохимических заводах нового поколения. Однако отдельные методы, такие, как использование фосфатных материалов, могут быть реализованы уже в самом ближайшем будущем на некоторых предприятиях профильной отрасли.
Ирина Шлионская
