Семь шагов к дожиганию актинидов

В прошлом году ТВЭЛ начал проект «Сбалансированный ядерный топливный цикл». Одна из важнейших задач — научиться выделять фракцию минорных актинидов, изготавливать с ними ядерное топливо и сжигать их в реакторах. Именно миноры существенно повышают экологическую опасность отходов от переработки ОЯТ. Основным исполнителем работ по этому направлению является ВНИИНМ им. Бочвара. О том, что сделано по проекту, «СР» рассказал директор научно-технологического отделения по обращению с ОЯТ и РАО Владимир Кащеев.

Шаг 1. Обосновали безопасность

Специалисты проектного направления «Прорыв» выполнили расчеты для обоснования дожигания минорных актинидов в составе МОКС-топлива в перспективном быстром натриевом реакторе БН-1200. Оценили, сколько америция можно включать в топливо (рассматривалось гомогенное распределение америция по топливной композиции), как сборки с минорами располагать в активной зоне и как это повлияет на нейтронику реактора. Обосновано включение до 1,5%. Возможно, в будущем обоснуют и большее количество.

Шаг 2. Посчитали затраты

ОКБМ им. Африкантова и ФЭИ проделали большую работу по технико-экономическому обоснованию дожигания. В ФЭИ считали дополнительные затраты по всему ядерному топливному циклу, которые повлечет включение минорных актинидов в топливо. ОКБМ прицельно оценивало затраты, связанные с перегрузкой такого топлива в реакторной установке.

Шаг 3. Извлекли актиниды из ОЯТ

ВНИИНМ и Радиевый институт пробовали извлекать минорные актиниды из растворов при переработке ОЯТ разными методами. Ученые провели предварительные оценки эффективности выделения фракции минорных актинидов. Эта работа продолжится, будут пробовать и другие методы. Тут важна глубина извлечения и чистота извлеченных продуктов.

Шаг 4. Изготовили и растворили топливные таблетки

Во ВНИИНМ впервые изготовили топливные таблетки, содержащие нептуний, америций, плутоний и уран в оксидных формах. Изучили свойства и характеристики. А потом эти таблетки, пока еще не облученные, растворили в азотной кислоте, чтобы посмотреть, как они поведут себя при переработке. Растворились нормально, легко, это было зафиксировано.

Шаг 5. Подготовились к реакторным испытаниям

НИИАР разработал облучательное устройство, чтобы поставить твэлы с минорными актинидами на испытания в исследовательский реактор БОР-60. Также институт дал предложения по программе послереакторных исследований. Ученые ВНИИНМ и «Маяка» подготовили исходные данные для создания на «Маяке» участка для работы с минорными актинидами.

Шаг 6. Разработали матрицы для хранения актинидов

Минорные актиниды обладают высокой удельной активностью, поэтому их хранение до включения в топливную композицию невозможно без матричного материала. Матрица должна быть надежная, чтобы предотвратить неконтролируемое распространение минорных актинидов, но легкорастворимая, чтоб из нее можно было быстро миноры извлечь. ВНИИНМ и «Маяк» подобрали два типа матрицы: на основе оксида кальция и на основе оксида урана — они легко растворяются в азотной кислоте. «Маяк» изготовил матрицы сначала с имитатором америция — европием, а потом и с самим америцием. Специалисты измерили теплофизические характеристики матриц.

Возможно, не все минорные актиниды пойдут на дожигание. Если в конечном счете будет принято решение часть их захоранивать, понадобятся максимально надежные матрицы для долговременного хранения и захоронения. ИГЕМ РАН предлагает использовать для этого минералоподобные или керамические матрицы.

Шаг 7. Наметили планы

Разработана комплексная программа до 2024 года, намечена перспектива. Программа будет согласована с руководством «Росатома». Если совсем коротко: дальше надо изготавливать твэлы и проводить реакторные и послереакторные испытания топлива с включенными минорными актинидами.