За ними не заржавеет: материалы для жидкосолевого реактора проходят коррозионные испытания

На Горно-химическом комбинате (ГХК) испытывают материалы для инновационной исследовательской установки, в которой будут дожигать радиоактивные отходы. Ее планируют запустить в 2030 году.

В жидкосолевом реакторе ядерное топливо и минорные актиниды, которые надо дожечь, растворены в расплаве солей. Сейчас на ГХК подбирают конструкционные материалы для реактора и его систем. В лабораториях комбината с апреля проходят испытания несколько образцов коррозионно-стойких сплавов. Им нужно провести 4 тыс. часов в расплаве солей, нагретом почти до 700 °C и содержащем самые радиотоксичные элементы отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

«Наиболее представительный способ проверки коррозионной стойкости материала — испытание в контактной среде, — объясняет начальник лаборатории материаловедения центральной заводской лаборатории ГХК Игорь Ефремов. — Исследования длительные из-за относительно малой скорости коррозии. Мы определяем кинетику коррозии, изменение свой­ств расплава топливной соли из-за накопления продуктов коррозии и возможность их удаления».

Для эксперимента специалисты комбината и ученые Уральского федерального университета разработали и изготовили оборудование с автоматическим поддержанием инертной атмосферы и температуры расплава, которое измеряет окислительно-восстановительный потенциал. «Поддержание основных свойств топливной соли обеспечивается инертностью атмосферы, с которой она контактирует. Инертная атмосфера нормирует содержание кислорода и других примесей, которые влияют на коррозионную активность соли в отношении конструкционного материала», — ​рассказали на комбинате.

В ходе испытаний отбирают пробы соли и отслеживают изменение ее примесного состава в результате коррозии образцов. Также сотрудники лабораторий планируют проверить метод очистки топливной соли прямо во время работы реактора на мощности.

В ноябре образцы извлекут из топливной соли, почистят поверхность. Затем начнутся тонкие материаловедческие исследования: выявление коррозионных дефектов, определение механических свой­ств. «Обобщенный результат изучения образцов позволит сделать выводы о коррозионных свойствах сплава и возможности его применения в технологии жидкосолевого реактора», — ​подытожил Игорь Ефремов.

Справка

Минорные актиниды образуются в топливе при эксплуатации любого реактора. Изотопы нептуния, америция и кюрия доставляют наибольшие проблемы при переработке ОЯТ и обращении с радиоактивными отходами. По оценкам ученых, при выжигании минорных актинидов можно будет достичь радиационной эквивалентности исходного уранового сырья и ядерных отходов, подлежащих изоляции, всего за 300 лет, то есть в 2,3 тыс. раз быстрее, чем в открытом ядерном топливном цикле.

«Росатом» отрабатывает несколько технологий, позволяющих утилизировать минорные актиниды. Их можно дожигать и в реакторах на быстрых нейтронах. В частности, в этом году на Белоярской АЭС в реактор БН‑800 впервые загрузили тепловыделяющие сборки со смешанным оксидным топливом (МОКС). В три из них добавлены минорные актиниды: америций‑241 и нептуний‑237. Эти сборки изготовили на ГХК.

Василий Тинин
Директор по государственной политике в области радиоактивных отходов, отработавшего ядерного топлива и вывода из эксплуатации радиационно опасных объектов, «Росатом»

— Энергетика без радиоактивных отходов — ​мечта ядерщиков всего мира. Россия дальше всех продвинулась в воплощении этой мечты. Исследовательский реактор, который планируется создать на Горно-химическом комбинате в Железногорске, — ​важный проект с точки зрения экологии. Он предназначен для отработки технологий утилизации минорных актинидов — ​долгоживущих высокорадиотоксичных изотопов, которые остаются после переработки ОЯТ тепловых реакторов. Всего несколько жидкосолевых реакторов способны обезвредить весь объем самых опасных элементов ОЯТ тепловых реакторов у нас в стране.

Владимир Мацеля
Начальник центральной заводской лаборатории, ГХК

— Все, что будет создано вокруг исследовательского жидкосолевого реактора, — ​новое. Поэтому ГХК как эксплуатирующая организация должен до тонкостей изучить все переделы: от приготовления топливной соли до выбора конструкционных материалов. Главное еще предстоит сделать — ​сопоставить полученные результаты с целями и задачами проекта.