За шестью печами: как «Росатом» работает с высокоактивными отходами

В производственном объединении «Маяк» в опытно-промышленную эксплуатацию запустили электропечь для остекловывания жидких радиоактивных отходов (РАО). В истории предприятия это шестая установка такого профиля, но впервые она смонтирована и подготовлена к запуску в действующем цехе без помех смежным производственным процессам.

«Маяк» — ​важнейший индустриальный центр операций с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). Много десятилетий на радиохимический завод предприятия поступает ОЯТ атомных станций, судов с ядерными энергетическими установками и исследовательских реакторов.

По видеосвязи участие в церемонии запуска ЭП‑250/6 принял глава «Росатома» Алексей Лихачев. Кнопки, запускающие разные стадии техпроцесса, поочередно нажали заместитель гендиректора «Росатома» по машиностроению и индустриальным решениям Андрей Никипелов, директор по государственной политике в области радиоактивных отходов, отработавшего ядерного топлива и вывода из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов Василий Тинин и гендиректор «Маяка» Андрей Порошин.

В России, напомнил Андрей Никипелов, накоплено около 30 тыс. т ОЯТ. Его переработка — ​стратегическая задача отрасли, и радиохимия становится в этой системе важнейшим звеном. Программа развития радиохимического направления выступает одним из ключевых механизмов развития двухкомпонентной ядерной энергетики. Она, в свою очередь, должна обеспечить отработку технологий рециклинга, превращающих ОЯТ в полезное сырье. В результате отрасль получит возможность многократно, до 10 раз, использовать ОЯТ.

В энергосистемах четвертого поколения на базе замкнутого ядерного топливного цикла захоронение отходов опирается на принцип радиационной эквивалентности. Если упрощенно: сколько радиации взяли из природы, столько и вернули. Поэтому важно переводить отходы в безопасную форму, исключающую негативное воздействие на человека и окружающую среду. Новая электропечь на «Маяке» позволит обеспечить надежную изоляцию высокоактивных отходов на завершающем этапе жизненного цикла ядерного топлива.

Как подчеркнул Андрей Порошин, ЭП‑250/6 установлена в действующем цехе без остановки производства, причем проект удалось реализовать с опережением срока. По условиям эксплуатации печь должна работать постоянно: отключать от электропитания ее нельзя, иначе стекло застынет.

Специалист «Маяка» Евгений Зубриловский рассказал журналистам о процессе работы с ОЯТ: «В железнодорожный коридор заезжает спецвагон. В нем контейнеры с тепловыделяющими сборками. Частично операции со сборками проводит непосредственно персонал, но в основном перемещение в бассейн выдержки происходит удаленно, автоматикой».

Временных нормативов хранения сборок в бассейне выдержки нет: к разделке можно приступать хоть завтра. Дело в том, что топливо с АЭС отправляют уже остывшее, потерявшее большую долю активности. Так что в бассейне черенковское свечение не увидишь. Но все равно энергию сборки излучают. Роль биозащиты в бассейне играет дистиллированная вода. За то, чтобы температура воды не поднималась выше 40 °C, отвечает система охлаждения.

Автоматика доставляет сборки по передаточной шахте в отделение резки. Там от них отрубают хвостовики, в которых топлива нет. Дальше пучок твэлов измельчают в изолированных камерах. Через стекла 70‑сантиметровой толщины за процессом наблюдают операторы, при необходимости они вмешиваются с помощью манипулятора. Измельченное топливо растворяют в азотной кислоте. Раствор направляют на извлечение и разделение. Выделенные уран и плутоний становятся компонентами для производства свежего топлива, остальное — это ​жидкие радиоактивные отходы (ЖРО).

Поначалу ЖРО просто хранили и считали отложенной проблемой ядерного наследия. С 1987 года начали остекловывать, превращая в твердые. Этот сложный физикохимический процесс происходит в печи прямого электрического нагрева. Через питатели в печь подают ЖРО, и внутри начинается варка стеклоподобной массы. Расплав сливают в 200‑литровые бидоны, где стекло застывает. В камере комплектации бидоны помещают в стальной пенал — ​ставят один на другой, по два или три в зависимости от размера ячейки. Пеналы передают в хранилище.

Это по-прежнему высокоактивные отходы 1-го класса опасности, но химически инертные, а по объему в несколько сотен раз меньше ЖРО. В таком виде они будут ждать начала эксплуатации пункта глубинного захоронения РАО, куда их отправят на финальную изоляцию. Создать этот объект в Красноярском горном массиве планирует Национальный оператор по обращению с РАО, сейчас там сооружается подземная исследовательская лаборатория.

В хранилище пеналы продолжают охлаждаться. «Радионуклиды постепенно распадаются, — ​рассказал Евгений Зубриловский. — ​Каждый кубометр заполненных в 1987 году стеклом пеналов поначалу выделял в окружающую среду 5 кВт (для примера: столько хватит для жизнеобеспечения небольшой семьи в скромном дачном домике. — ​«СР»). Сейчас тепловыделение сократилось примерно вдвое. Почти за 40 лет ни одного ЧП с ними не было, и вообще пеналы остеклованных отходов очень удобны в хранении».

На «Маяке» последовательно использовали пять разных печей остекловывания, за 20 лет их суммарного срока службы переработано примерно 35 тыс. т ЖРО. Технология постоянно совершенствуется. По сути, каждая печь проектируется заново. Шестая заработала 2 октября. Как показывает опыт, ресурс такой печи — ​пять-шесть лет непрерывной эксплуатации.

780 млн Ки

радиоактивности перевели в стекло с 1987 года пять электропечей на «Маяке»

Алексей Лихачев
Гендиректор «Росатома»

— Наша важнейшая задача — ​максимально полная переработка ОЯТ. Мы извлекаем все полезные вещества, пускаем их во вторичный оборот и все, что не может быть использовано, надежно храним. Остекловывание — ​на сегодня самый эффективный и экологичный способ обращения с высокоактивными отходами.