Форс-мажор для миноров

В апреле 2026 года «Росатом» первым в мире завершил уникальную программу по дожиганию (трансмутации) минорных актинидов в реакторе на быстрых нейтронах. Это один из ключевых проектов для решения глобальной задачи замыкания ядерного топливного цикла и безопасной утилизации наиболее радиотоксичных и долгоживущих компонентов отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

Элементы с плохой репутацией

Минорные актиниды, или, как часто 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, другие элементы в реакторах образуются в ничтожных количествах. Доля миноров в ОЯТ невелика, но именно они определяют сроки изоляции отходов: периоды полураспада их изотопов исчисляются сотнями тысяч лет, а то и больше. Например, нептуний-237 имеет период полураспада более 2 млн лет.

«Захоранивать их можно только в глубинные геологические формации, а такой практики в мире пока нет. Расчеты показывают, что обойдется подобное хранение достаточно дорого, да и где гарантии, что даже за первые 10 тыс. лет изолирующие свойства могильника не претерпят изменений — например, из-за глобального изменения климата», — говорит Владимир Кащеев, директор отделения по обращению с ОЯТ и радиоактивными отходами (РАО) Института Бочвара (входит в ТВЭЛ).

Не захоранивать, а сжечь

Один из эффективных методов обезвреживания миноров — трансмутация, или дожигание в реакторах на быстрых нейтронах. За разработку технологии взялись в 2000 году.

«Пока речь идет о включении в ядерное топливо только изотопов нептуния и америция. Кюрий может существенно повлиять на радиационные и физико-химические характеристики как свежего (до облучения в реакторе), так и облученного ядерного топлива. Поэтому в реакторах на быстрых нейтронах его дожигать пока не планируется», — рассказывает Любовь Подрезова, начальник отдела радиохимических технологий Института Бочвара. Кроме того, добавляет она, при хранении в течение 60–70 лет кюрий и так почти полностью превратится в плутоний в результате радиоактивного распада.

Суть технологии в том, что в реакторе под действием быстрых нейтронов минорные актиниды делятся на разнообразные короткоживущие и стабильные изотопы. Их потенциальная опасность значительно ниже, чем у исходных минорных актинидов.

В России в рамках замыкания ядерного топливного цикла уже есть опыт повторного вовлечения в ядерный топливный цикл регенерированного урана и основного актинида — плутония. Однако именно выделение из ОЯТ и последующая утилизация миноров может решить основные экологические проблемы обращения с РАО. По оценкам ученых, технология выжигания минорных актинидов в реакторах на быстрых нейтронах позволит сократить период экологической опасности ядерных отходов с 700 тыс. лет всего до 300. То есть они перестанут быть высокорадиоактивными в 2300 раз быстрее. В перспективе это позволит значительно сократить объем и номенклатуру РАО, требующих глубинного геологического захоронения.

Проект века

В 2024 году в быстрый реактор БН-800 на Белоярской АЭС загрузили тепловыделяющие сборки (ТВС) с МОКС-топливом, в которое добавили америций-241 и нептуний-237. Они прошли через три топливные микрокампании, и в апреле 2026-го завершилась первая в мире опытно-промышленная эксплуатация топлива с минорными актинидами. Облученные сборки должны остыть в бассейне выдержки, а затем их направят на послереакторные исследования, которые, как надеются ученые, подтвердят эффективность технологии.

В будущем атомщики планируют увеличить содержание минорных актинидов в опытных сборках с МОКС-топливом. «Помимо этого, мы планируем добавлять их в нитридное СНУП-топливо для быстрых реакторов, а также опробовать гетерогенное выжигание миноров. В этом случае минорные актиниды не подмешиваются в уранплутониевое топливо, а помещаются в отдельные твэлы или отдельные сборки, которые будут устанавливаться в определенных зонах реактора», — поясняет Александр Угрюмов, старший вице-президент ТВЭЛ по научно-технической деятельности.

«Реактор-мусорщик»

Еще один вариант — дожигать минорные актиниды в жидкосолевом реакторе (ЖСР). Это такой «реактор-мусорщик», в котором активную зону формирует гомогенная расплавленная смесь из фторидов солей и делящегося материала. Топливом для реактора на расплавах солей будет тетрафторид плутония из переработанного топлива реакторов ВВЭР, растворенный в смеси фторидов солей. В смесь также будут добавлять фториды минорных актинидов для их выжигания. В России такой реактор планируют построить на Горно-химическом комбинате (ГХК).

Кстати

Атомщики называют америций (Am) «ля минор», а кюрий (Cm) — «до минор». Это связано с совпадением буквенных обозначений химических элементов и музыкальных тональностей: в нотной грамоте А — это «ля», C — «до», а m — «минор».

Быстрое развитие

Россия обладает передовым опытом в реализации технологий замкнутого ядерного топливного цикла. Уже более 40 лет успешно работает быстрый натриевый реактор БН-600 на Белоярской АЭС, в 2016 году к нему добавился блок БН-800. Кроме того, на Белоярской АЭС планируется сооружение первого серийного быстрого реактора большой мощности БН-1200М, а в Томской области сооружается энергокомплекс четвертого поколения с реактором со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-300.