Академик Мясоедов: «Ядерная энергетика может быть совершенно безотходной»

2 сентября отмечает 90-летие ведущий российский ученый в области радиохимии, аналитической химии радиоактивных элементов и радиоэкологии, академик РАН Борис Мясоедов. Почему ученому трудно жилось в Париже и за что его чуть не арестовали в США? Для чего он получал протактиний 50 лет назад и почему эти исследования снова становятся актуальными? Какая матрица лучше подойдет для долговременного хранения РАО и как нужно изменить технологию переработки ОЯТ в двухкомпонентной атомной энергетике? Ответы — ​в интервью «Стране Росатом».

— В биографических справках о вас пишут: «Академик Мясоедов со студенческой скамьи связан с атомной отраслью». Мне интересно, это был осознанный выбор или стечение обстоятельств?

— Я с детства интересовался химией, окончил школу в Курске и поступил в Менделеевский химико-технологический институт. Шел 1949 год. Мы, студенты, уже знали, что такое атомное оружие, но как его делают, и где делают, и что и в нашей стране этой проблемой тоже занимаются, не знали. На втором курсе вдруг объявляют: создается специальный факультет — ​физико-химический, отбираются лучшие студенты. Там высокую стипендию давали, ну и главное — ​это было что-то неизвестное и оттого очень интересное. Я перешел. Мы стали изучать радиохимию. Еще не знали, к чему нас готовят, но уже чувствовали, что к чему-то важному и секретному: тетради, в которых вели записи, уходя, сдавали в отдел безопасности института.

Уже позже я понял, что нас готовили к работе на ГХК. Но к моменту нашего выпуска комбинат еще не открылся. Студентов распределял отдел кадров Первого главного управления — ​будущего Средмаша. Меня направили в Академию наук, в Институт геохимии и аналитической химии им. Вернадского, где я и работаю уже, страшно подумать, 66 лет. Едва устроился в ГЕОХИ, меня на шесть лет командировали в Лабораторию измерительных приборов, сейчас это Курчатовский институт.

— Для чего?

— Для участия в начинающихся работах по синтезу и изучению свойств новых сверхтяжелых элементов. Мы готовили мишени из плутония для облучения на циклотроне и после облучения переносили их на измерение. При этом я повредил четыре пальца, потому что мишени были очень горячие.

Как-то из-за последствий этой травмы меня чуть не арестовали. Я был членом Совета по ядерной безопасности Национальной академии наук США. Получая визу, сдал отпечатки пальцев. Прилетел в Штаты, на дактилоскопии мне и говорят: «Отпечатки не совпадают, вы не Мясоедов, пройдемте». Долго не верили, что у меня пальцы много лет не заживают и рисунок кожи постоянно меняется.

— В начале 1960-х вам довелось поработать в Париже. Чем там занимались, как жилось в Европе?

— Вернулся в ГЕОХИ из Лаборатории измерительных приборов, буквально на следующий день директор Александр Павлович Виноградов вызвал меня и говорит: «Я вас хочу командировать в Париж на год, для изучения химии протактиния». Вы, может быть, про такой элемент и не слышали? В то время возник интерес к ториевой ядерной энергетике: основой топлива является природный торий, при облучении которого образуется короткоживущий изотоп протактиний‑233, а при его распаде получается делящийся изотоп уран‑233. Химией протактиния занимались в Институте радия, куда я и отправился на целый год.

В Париже мне жилось очень трудно, языка я поначалу совсем не знал. Страшно скучал по семье: супруга и совсем маленький сын остались в СССР, звонить дорого, письма шли по месяцу. Но поездка дала импульс моей карьере: вернувшись домой, я защитил кандидатскую диссертацию по протактинию, в ГЕОХИ мы разработали методы выделения этого элемента, и на их основе в Глазове получили около 3 г чистого протактиния из 20 т урановой смолки, это был значимый результат.

Сейчас всплеск интереса к ториевой ядерной энергетике. Запасы тория на Земле в два-три раза больше, чем урана. Кроме того, в ториевом топливном цикле не образуются минорные актиниды, а значит, нет проблем с долгоживущими радиоактивными отходами.

— А почему тогда, в 1960-е годы, ториевая энергетика не пошла?

— Не было конструкционных материалов. Ториевый топливный цикл можно наиболее эффективно реализовать с жидкосолевыми реакторами. В них нет привычной нам активной зоны с твердым топливом, заключенным в твэлы и ТВС. Ядерное топливо растворяют в расплавах солей, и работает оно при температуре 500–700 °C. Экспериментальный ЖСР в Штатах был, но для создания полномасштабных установок не было материалов. Сегодня сплавы, способные выдерживать очень высокую температурную и радиационную нагрузку, разрабатываются в том числе в «Росатоме», и есть обнадеживающие результаты.

— Как складывались взаимоотношения радиохимиков Академии наук с Минсредмашем и как оцениваете сотрудничество с «Росатомом» сейчас?

— Минсредмаш всегда отличался тем, что его технологии и производства базировались на последних научных достижениях. Именно поэтому отечественная атомная отрасль заняла лидерские позиции в мире. Мы в АН называли Минсредмаш второй академией: на его предприятиях работали очень сильные ученые. И работники академических институтов с ними всегда тесно сотрудничали. Эта ситуация не меняется уже много лет. В 1957 году был создан Межведомственный научный совет по радиохимии, который и сейчас курирует совместные работы по этому направлению Академии наук, отраслевых НИИ, вузов — ​всего около 40 организаций. Я возглавляю совет с 1985 года. Его задача — ​оперативно передавать фундаментальные разработки в отрасль, чтобы они находили практическое применение.

— Какие последние фундаментальные разработки, по-вашему, актуальны для «Росатома»?

— Радиоактивные отходы сейчас остекловывают. Стеклянные матрицы достаточно надежны в среднесрочной перспективе. Но что с ними будет через миллион лет, после захоронения, как сейчас планируется? И что делать с печами для остекловывания? На «Маяке» уже несколько таких выведенных из эксплуатации «пирамид», и как их демонтировать, никто пока не знает. Ученые РАН предложили решение — ​использовать минералоподобные матрицы вместо стекла для отверждения высокоактивных отходов. Сама природа дает нам ответ, как безопасно захоранивать РАО. Наша планета появилась 6–7 млрд лет тому назад, тогда же были образованы минералы, и с тех пор ничего с ними не случилось. Мы разработали калий-магний-фосфатную минералоподобную матрицу, которая затвердевает при комнатной температуре. Никакие печи не нужны: мы берем жидкие высокоактивные растворы, добавляем два химических компонента, перемешиваем, сливаем смесь в обычную канистру — ​и в этом виде отходы можно хранить.

— Это пока только идея или уже технология?

— Это технология, подтвержденная экспериментами на «Маяке». Есть отчеты об опытах и патент. Но почему-то до промышленного внедрения дело пока не дошло. Подобные научные работы ведут в Китае и Японии, и я не хотел бы, чтобы за рубежом освоили метод раньше нас и мы бы эту технологию покупали.

— «Росатом» в 2018 году утвердил стратегию научно-технического развития, вы научный руководитель направления «Переработка ОЯТ и мультирециклирование ядерных материалов». Есть прогресс в исследованиях?

— «Росатом» планирует замыкание ядерного топливного цикла за счет создания двухкомпонентной ядерной энергосистемы, состоящей из реакторов на медленных и быстрых нейтронах. Без эффективной технологии переработки ОЯТ и выделения делящихся материалов для повторного использования эту задачу не решить. Сейчас для переработки облученного топлива во всем мире используется пьюрекс-процесс. Но он был создан в другие времена, когда крайне актуально было выделять чистый плутоний для атомных бомб. В этой технологии есть ряд ненужных нам сегодня химических операций, которые усложняют переработку и увеличивают объем радиоактивных отходов.

Мы разрабатываем более простую и совершенную технологию. И прогресс есть. В пьюрекс-процессе ОТВС растворяют в концентрированных азотнокислых растворах. Предложена технология, которая позволит растворять топливо фактически в обычной воде — ​с добавлением нитрат-ионов. Так мы исключим стадии, связанные с экстракцией, устранив тем самым образование органических и водных кислых радиоактивных отходов и снизив радиационные и экологические риски.

Важно, чтобы технология обеспечивала извлечение из РАО всех полезных компонентов — ​не только урана и плутония. Там же есть, например, короткоживущие цезий и стронций, из которых можно делать ядерные батарейки. Есть изотопы, которые пригодятся для ядерной медицины. Мы предложили двухстадийный процесс, позволяющий извлечь из ОЯТ совокупность изотопов, которые можно использовать в промышленности.

Есть интересные НИОКР по технологиям изготовления топлива из рециклированных ядерных материалов. Предлагается СВЧ-технология — ​быстрее действующих и более экологичная. Причем ее можно использовать для производства как традиционного оксидного, так и инновационного нитридного топлива.

Другая задача — ​извлечение и разделение долгоживущих минорных актинидов для последующего дожигания в жидкосолевых реакторах. Я уверен, что можно создать такую технологию переработки ОЯТ, которая сделает ядерную энергетику совершенно безотходной.

— Вы часто бываете на международных конференциях, общаетесь с коллегами из-за рубежа. Почему многие страны, развивающие атомную энергетику, выбирают открытый ядерный топливный цикл и не хотят заниматься переработкой ОЯТ?

— При переработке ОЯТ образуются высокоактивные отходы, и пока ни у кого в мире нет однозначного ответа на вопрос, что с ними делать. Поэтому многие страны выбирают простой путь долговременного хранения. Однако, если будет реализована идея трансмутации ВАО, думаю, все страны, развивающие атомную энергетику, придут к замыканию ЯТЦ.

Георгий Рыкованов

Председатель НТС «Росатома», научный руководитель РФЯЦ-ВНИИТФ, академик РАН

— С Борисом Федоровичем Мясоедовым я познакомился в середине 1990-х на заседании существовавшего в то время координационного межведомственного НТС по проблемам озера Карачай и Теченского каскада водоемов. Многолетние измерения показывали, что уровень воды в загрязненном каскаде поднимался, прорыв дамбы грозил радиоактивным заражением близлежащих территорий и выносом радиоактивности в бассейн реки Оби. Борис Федорович был председателем совета и координировал работу коллектива академических и отраслевых институтов, вовлеченных в эту проблему, формировал программу исследований.

Поразила глубина и комплексность изучения проблемы. Были представлены результаты многолетних геологических изысканий, данные о радиоактивности водных слоев и илов, водного и изотопного баланса каскада водоемов, результаты экспериментальных исследований путей распространения и миграции радиоактивных изотопов из озера Карачай, эффективности различного рода барьеров. Борис Федорович полностью владел информацией и свободно ориентировался во всех вопросах.

В те годы были сильны «зеленые» настроения. Не сильно преувеличу, если скажу, что в стране не было человека, который бы не знал о Карачае и Теченском каскаде. Участие институтов РАН в решении этих проблем вносило элемент объективности, а интервью и выступления Бориса Федоровича в СМИ способствовали стабилизации общественного мнения. Исследования Мясоедова, институтов РАН, институтов и предприятий атомной отрасли заложили научную и техническую основу решений, принятых по этому вопросу в 2003–2007 годы. Сейчас о Карачае и Теченском каскаде помнят только специалисты.

В последние годы мы часто встречаемся на заседаниях НТС «Росатома» — ​Борис Федорович руководит тематическим советом «Замыкающая стадия ядерного топливного цикла». Сейчас это важнейшее направление, позволяющее в перспективе решить одну из основных проблем атомной энергетики — ​радикально сократить активность ОЯТ путем выделения минорных актинидов и их последующей трансмутации. Хотелось бы пожелать юбиляру успехов на этом пути.