Радиохимия в двухкомпонентном будущем

Переход к двухкомпонентной ядерной энергетике ставит перед радиохимиками новые задачи. Получится ли скормить ОЯТ тепловых реакторов их быстрым братьям? Что полезного можно извлечь из высокоактивных отходов и как избавиться от опасных компонентов? На научно-техническом семинаре во ВНИИНМ обсудили инновации в обращении с ОЯТ и РАО в замкнутом топливном цикле.

Исследования по топливной радиохимии в отрасли в основном ведутся в рамках «Прорыва», развития радиохимического производства на «Маяке» и сооружения опытно-демонстрационного центра по переработке отработанного ядерного топлива на Горно-химическом комбинате. Но на семинаре говорили не о них. «Мы рассмотрим поисковые исследования, без привязки к конкретным проектам», — ​объявил научный руководитель, главный технолог проекта по разработке базовых технологий переработки ОЯТ и обращения с РАО проектного направления «Прорыв» Андрей Шадрин.

Председатель Межведомственного научного совета по радиохимии при президиуме РАН и «Росатоме» академик Борис Мясоедов отметил, что атомная энергетика вступила в переходный период. К середине века ей предстоит стать двухкомпонентной, и инфраструктура для этого, по сути, уже создана: в стране действуют и тепловые, и быстрые реакторы, на «Маяке» освоена переработка разных видов топлива, есть производство МОКС-топлива на ГХК, создается производство нитридного топлива на СХК.

Во всех странах для переработки облученного топлива используют пьюрекс-процесс. «Он был создан не для энергетики, а для выделения военного плутония, глубокой очистки от всех примесей и продуктов деления, — ​пояснил Борис Мясоедов. — ​Для переработки ОЯТ метод имеет недостатки: сложная схема, высокая цена. Нужна новая, более простая, экономически выгодная и безопасная технология, направленная прежде всего на выделение не плутония, а суммы актинидов».

В разделе отраслевого тематического плана НИОКР по технологиям обращения с ОЯТ и РАО 14 прикладных разработок и семь поисковых исследований. Например, новая технология растворения ОЯТ. Сейчас облученные материалы растворяют в азотной кислоте. При этом образуется много отходов. Ученые предложили делать все то же в слабокислых растворах с солями железа. Технология позволяет легко извлекать из ОЯТ редкоземельные элементы. Ее уже опробовали на топливе ВВЭР‑1000.

Для перехода к двухкомпонентной энергетике надо разобраться с разделением америция и кюрия: первый планируется дожигать в быстрых реакторах, второй — ​выдерживать до превращения в плутоний и тоже дожигать. Команда ученых ИТЦП «Прорыв», ВНИИНМ, «Маяка» и ИФХЭ РАН проводит исследования технологии разделения америция и кюрия на катионитах, получены хорошие результаты. Параллельно РХТУ ставит опыты по экстракционному разделению с использованием карбонатных сред.

Теперь к РАО. Ученые ГЕОХИ РАН синтезировали калий-магний-фосфатную матрицу для долговременного хранения отходов. Она отверждается при комнатной температуре, без искусственного давления, гигантские печи для остекловывания становятся не нужны.

Радиохимики исследуют возможности СВЧ-излучения в изготовлении порошка диоксида урана практически без образования жидких РАО. Коллектив исследователей из ИТЦП «Прорыв», ВНИИНМ, СХК, ГЕОХИ РАН и НИИАР получил таким способом из азотнокислых растворов порошки оксидов урана и плутония для нитридного топлива.

ОИВТ РАН выбрал альтернативный метод переработки ОЯТ — ​плазменный. «Мы предлагаем отходы превратить в плазменный поток в определенной комбинации электрических и магнитных полей, отделить тяжелые элементы — ​уран, плутоний и минорные актиниды — ​от продуктов деления, — ​объяснил «Лаб. СР» старший научный сотрудник ОИВТ РАН Назар Ворона. — ​Задача этого года — ​экспериментально подтвердить технологию».