Урановые хвосты разложили по полочкам: есть ложками не стоит, но вещь полезная

Что с конца прошлого года ввозят из Германии в Россию: ядерные отходы или ценное сырье? Как хранят обедненный гексафторид урана (ОГФУ)? Что будет, если в перевозящем контейнеры с этим веществом поезде случится пожар? Зачем этот ОГФУ вообще нужен российским атомщикам? Эксперты комиссии по экологии Общественного совета «Росатома» и Экологического правового центра «Беллона» подготовили доклад, в котором максимально доступно ответили на вопросы, волнующие многих.

Как сказал, предваряя обсуждение доклада, руководитель ЭПЦ «Беллона» Александр Никитин, недоверие к словам экспертов часто возникает от недостатка знаний. Составители решили восполнить этот пробел. Полную версию доклада можно изучить на сайтах «Беллоны» и Общественного совета «Росатома». Мы выбрали ответы на наиболее часто звучащие вопросы.

Что такое ОГФУ?

В процессе обогащения природного урана по изотопу 235U образуется обогащенный урановый продукт (ОУП), который используют для изготовления ядерного топлива, и побочный продукт — ​тот самый обедненный гексафторид урана. Содержание изотопа 235U в последнем в разы ниже. Но все же достаточно для того, чтобы его можно было использовать в качестве сырья при производстве ядерного топлива.

Это сырье или радиоактивные отходы?

Согласно Федеральному закону РФ «Об использовании атомной энергии» (№ 170-ФЗ от 21.11.1995), радиоактивными отходами являются «не подлежащие дальнейшему использованию материалы и вещества…».

В настоящее время «Росатом» реализует программу перехода к замкнутому ядерному топливному циклу. Запущен в промышленную эксплуатацию реактор на быстрых нейтронах БН‑800, в котором начата практическая демонстрация использования обедненного урана в составе МОКС-топлива. Построен завод по производству таблеточного МОКС-топлива для БН‑800. Переход на загрузку активной зоны МОКС-топливом запланирован на 2022 год. Обедненный уран с увеличенным по сравнению с природным содержанием изотопа 238U является сырьем для атомной энергетики с реакторами на быстрых нейтронах.

Алексей Екидин
Член Общественного совета «Росатома», ведущий научный сотрудник Института промышленной экологии Уральского отделения РАН

— Конечно, доклад всех не переубедит. И хочу предложить не подменять понятия. Опасный — ​не значит бесполезный. И полезный — ​не значит безопасный. То же электричество или транспорт нельзя назвать безопасными, но никто не сомневается сегодня в их полезности. В отношении ОГФУ можно сказать то же самое. Есть его ложками точно не рекомендую. Но замечу, что использование ОГФУ соответствует минимум трем из 17 целей устойчивого развития ООН. Оно многократно сокращает затраты на добычу, конверсию, транспортировку и на всю инфраструктуру, связанную с добычей топлива для реакторов (12-я цель). Оно предотвращает освоение новых месторождений (15-я цель). И полностью отвечает 17-й цели — ​международному сотрудничеству.

Кроме того, ОГФУ — ​ценный источник фтора, который может использоваться в замкнутом по фтору разделительно-сублиматном цикле, а также в других отраслях промышленности.

То есть ОГФУ никак нельзя назвать отходами, это один из наиболее масштабных вторичных источников урана, что делает его привлекательным для производства ядерного топлива. Он также является вторичным источником фтора для неядерных направлений (металлургия, химическая промышленность). Именно такая классификация ОГФУ позволяет заключать контракты между компаниями на его импорт в качестве сырья, в том числе и на ввоз ОГФУ в Россию.

Сколько ОГФУ накоплено в мире и в России?

С начала развития атомной индустрии в мире накоплено более 2 млн т ОГФУ, в том числе свыше 1 млн т в России. При обогащении 1 тыс. т природного урана образуется около 150 т ОУПа и 850 т ОГФУ, поэтому к уже накопленному ежегодно добавляется 40–60 тыс. т. Большая часть этого объема хранится в специальных герметичных стальных емкостях на открытых площадках разделительных заводов.

В России ОГФУ образуется и хранится на четырех предприятиях ТВЭЛ: Уральском электрохимическом комбинате, Электрохимическом заводе в Красноярском крае, Сибирском химкомбинате в Томской области и Ангарском электролизном химическом комбинате в Иркутской области.

Как его хранят?

В России ОГФУ хранят в толстостенных (16 мм) импортных контейнерах вместимостью 4 м3 и отечественных объемом 2,5 м3, изготовленных из высокопрочной углеродистой стали и рассчитанных на экстремальные механические и коррозионные воздействия.

Нормативный срок эксплуатации отечественных контейнеров — ​80 лет, импортных — ​не ограничен. После изготовления емкости подвергают испытаниям на механическую прочность, герметичность, термостойкость и устойчивость к гидростатическому давлению.

Для испытания на прочность контейнер сбрасывают с высоты 9 м на бетонную плиту с металлическим штырем диаметром 36 мм. Удар при падении с такой высоты равносилен столкновению с бетонной плитой на скорости 45 км/ч. Испытания на термостойкость проводят, выдерживая контейнер в открытом огне при температуре 800 °C в течение получаса. Контейнеры хранят на площадках таким образом, чтобы упаковки можно было осмотреть. В рамках повышения надежности контейнеров на разделительных предприятиях создают комплексные системы их диагностики, обслуживания и ремонта. Методы диагностирования позволяют определять уже возникшие дефекты, а также выявлять и оценивать степень риска возникновения дефектов. На площадках хранения постоянно проводят радиационный контроль емкостей с ОГФУ, безопасность технологии его хранения подтверждается лицензиями Ростехнадзора.

Насколько безопасна его транспортировка?

ООН разработала классификацию опасных грузов. В России действует ГОСТ 19433–88 «Грузы опасные. Классификация и маркировка». Гексафторид урана указанными выше документами отнесен к седьмому классу опасности. Порядковый номер класса опасности (с первого по девятый) не характеризует уровень или степень опасности груза. Для указания на опасные свойства грузов, их физические и химические свойства или принадлежность к определенной группе опасных веществ применяются классификационные коды. Для гексафторида урана классификационные коды не назначены, т. е. дополнительных опасных свойств, таких как взрывоопасность, вредное газообразование, самовозгорание и т. д. (всего в классификаторе их 12), для гексафторида урана не определено.

ОГФУ из Западной Европы в Россию переправляют морским транспортом через порт Санкт-Петербург или порт Усть-Луга и далее железнодорожным транспортом в места переработки и хранения. В отличие от транспортировок нефти, газа, ядохимикатов и других опасных грузов, за всю историю (более 60 лет) перевозок ОГФУ по территории СССР и России не было ни одного инцидента, аварии на автомобильном и железнодорожном транспорте.

Что будет, если контейнер разрушится?

В случае разгерметизации контейнера главную опасность представляет утечка гексафторида урана (UF6) в окружающую среду: он реагирует с влагой воздуха, образуется токсичная фтористоводородная кислота (HF) и уранилфторид (UO2F2). Во всех публикациях, описывающих возможные последствия разгерметизации контейнера, отмечается, что оценки распределения выбросов в атмосферу затруднены, но, вероятно, при любой утечке UF6 распределение будет локальным.

Известно примерно о 10 происшествиях с контейнерами в хранилище с твердым гексафторидом урана за последние 45 лет. Большинство было вызвано коррозией вокруг вмятин, образовавшихся при неправильном обращении, или коррозией вокруг дефектов сварки. Также разгерметизация контейнеров происходила из-за ошибок персонала.

В США в 1944 году экспериментальная установка для термодиффузии была временно остановлена для модификации трубопроводов. Во время работ сварной шов на контейнере с газообразным природным UF6, который разогревался паром, разорвался. В атмосферу попало около 400 фунтов UF6, который вступил в реакцию с паром, и образовались HF и UO2F2. При аварии погибли два человека и три человека пострадали от вдыхания HF и отравления ураном — ​впоследствии они выздоровели.

За всю историю транспортировок ОГФУ (около 70 лет) известно только об одной навигационной аварии. 25 августа 1984 года грузовое судно «Монт-Луи», перевозившее 350 т гексафторида урана, затонуло в Северном море через 4,5 часа после столкновения с автомобильным паромом «Олау Британия». Все 30 контейнеров были извлечены с затонувшего судна. Многие были повреждены: имелись вмятины на стенках, крышки клапанов были сорваны или погнуты. Во время спасательной операции и после доставки контейнеров в порт взяли 217 проб, которые подвергли 752 различным анализам, а также провели 146 замеров уровней доз излучения на самих контейнерах. В результате измерений не было обнаружено ни малейших признаков утечки радиоактивных и химических веществ, авария не имела радиологических и химических последствий.

ИНОСТРАННЫЙ ОПЫТ

В США накоплено более 800 тыс. т ОГФУ. В Падьюке и Пайктоне были построены установки конверсии ОГФУ мощностью 18 и 13,5 тыс. т в год. Их ввели в опытно-промышленную эксплуатацию в 2010 году, основная продукция — ​закись-окись урана и фтористый водород. В 2013 году началась промышленная эксплуатация заводов, их производительность — около 23 тыс. т ОГФУ в год. Кроме того, International Isotopes (INIS) в 2012 году получила лицензию на строительство и эксплуатацию завода конверсии ОГФУ мощностью 3,7 тыс. т в год. Намечался пуск завода, который должен был обесфторивать ОГФУ с получением оксидов урана, до 1400 т трифторида бора и тетрафторида кремния и 450 т безводного фтористого водорода в год. Однако в 2013 году INIS приостановила проект. США не рассматривают запасы ОГФУ как энергоресурс и придерживаются переработки в более стабильную, экологически безопасную форму с целью утилизации, пока не определится потенциальный потребитель этого материала.

Франция в 1974 году первой начала использовать извлеченный из ОГФУ обедненный уран для изготовления МОКС-топлива. В стране проводят дообогащение ОГФУ в небольших объемах с достаточно высокой концентрацией 235U (0,3–0,4 %). Дообогащением регенерированного урана для EDF занимается Urenco.

В Великобритании, Германии и Нидерландах преобладает мнение, что ОГФУ — полезный ресурс. В Германии работает обогатительный завод в Гронау, соответственно, продолжается накопление ОГФУ. В Великобритании более 130 тыс. т ОГФУ на площадке «Кейпенхерст», где работает завод Urenco. Там же проводились исследования по плазменной переработке ОГФУ с получением металлического урана и элементарного фтора, и в результате опытных работ часть его переведена в металлический уран, оксиды и тетрафторид урана.

В 2019 году на площадке «Кейпенхерст» началась эксплуатация предприятия по конверсии ОГФУ мощностью 7 тыс. т урана с получением оксида обедненного урана и около 5 тыс. т фтористого водорода. На заводе будут перерабатывать ОГФУ со всех трех европейских площадок обогатительной компании Urenco — ​«Кейпенхерст», «Гронау» и «Алмело» (Нидерланды). Потенциальные области применения обедненного урана не определены, однако его захоронение не рассматривается.

В Японии продолжается хранение ОГФУ, в будущем его планируют перерабатывать для использования в качестве топлива реакторов на быстрых нейтронах. Нет планов по переработке ОГФУ в Китае, там продолжается его хранение в качестве будущего энергетического сырья. Обогащенный уран из ОГФУ используется в Бельгии, Финляндии и Швеции. Этот вторичный источник обогащенного урана обеспечивает до нескольких процентов спроса на рынке Европы. Таким образом, только четыре страны (Франция, Россия, США и Великобритания) в промышленном масштабе осуществляют конверсию ОГФУ, переводя его в стабильную оксидную форму и сокращая его запасы.