Выжечь по-быстрому: «Росатом» завершил эксплуатацию ядерного топлива с минорными актинидами

«Росатом» завершил первую в мире программу опытно-промышленной эксплуатации МОКС-топлива с добавлением минорных актинидов. Проект нацелен на безопасную утилизацию наиболее радиотоксичных и долгоживущих компонентов отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

Минорные актиниды, или, как говорят атомщики, миноры, — это трансурановые элементы, образующиеся при работе ядерного реактора. В природе они не встречаются. Радиохимиков в основном интересуют изотопы нептуния, америция и кюрия, количество других элементов ничтожно. Доля миноров в ОЯТ невелика, но именно период их полураспада определяет срок изоляции отходов. Так, у нептуния-237 это более 2 млн лет.

Один из эффективных методов обезвреживания миноров — трансмутация, или выжигание, в реакторах на быстрых нейтронах. Там изотопы превращаются или в стабильные, или в менее долгоживущие. По оценкам ученых, извлечение и утилизация миноров из ОЯТ позволят достичь радиационной эквивалентности в сотни раз быстрее, кардинально сократив объем материалов, требующих глубинного захоронения.

Летом 2024 года в активную зону быстрого реактора БН-800 Белоярской АЭС загрузили три экспериментальные тепловыделяющие сборки, содержащие америций-241 и нептуний-237. Они отработали три топливные микрокампании. Сейчас сборки охлаждают в бассейне выдержки и готовят к послереакторным исследованиям, которые, как надеются ученые, подтвердят эффективность технологии.

«Выжигание минорных актинидов в реакторе — не разовый опыт, а долгосрочная стратегия, — пояснил старший вице-президент ТВЭЛ по научно-технической деятельности Александр Угрюмов. — Перед тем как перевести это решение в промышленный масштаб, мы демонстрируем саму технологическую возможность, показываем, что идея работает. На следующем этапе мы намерены увеличить содержание минорных актинидов в опытных сборках с МОКС-топливом. Помимо этого, планируем добавлять минорные актиниды в смешанное нитридное уранплутониевое топливо для быстрых реакторов, а также опробовать гетерогенное выжигание миноров: в этом случае минорные актиниды не подмешивают в уранплутониевое топливо, а помещают в отдельные твэлы или сборки, которые устанавливают в определенных зонах реактора».

Директор Белоярской АЭС Юрий Носов подчеркнул практическую значимость проекта: «Ожидается, что эта технология поможет в десятки раз снизить количество радиоактивных отходов, направляемых на окончательную изоляцию». В России накоплено более 25 т миноров, а к 2100 году их объем, по прогнозным оценкам, может увеличиться до 190 т. За 60 лет работы, по подсчетам специалистов, один блок четвертого поколения утилизирует около 4 т минорных актинидов.

Уникальную программу реализует большая команда дивизионов «Росатома». Так, сборки с минорами изготовлены на Горно-химическом комбинате, а технологии выделения и включения долгоживущих актинидов разработали в Институте Бочвара.