Главная

Радиотехника

Московские химики придумали две технологии, которые существенно упростят переработку отработанного топлива ядерных электростанций.

Один из главных упреков, которые защитники природы предъявляют ядерной энергетике, - переработка большого объема чрезвычайно опасных веществ. Эти опасения вполне обоснованны: аварии с емкостями для хранения жидких радиоактивных отходов, в результате которых радиоактивные элементы оказывались в грунтовых водах, случались и у нас, и в США.

Химики из Института геохимии и аналитической химии РАН под руководством академика Бориса Мясоедова придумали, как в ближайшем будущем вовсе избавиться от жидких отходов, а сейчас - существенно уменьшить их радиоактивность.

Отработанное ядерное топливо - кладезь ценных элементов. И действительно, ядерная энергетика - единственный цикл, когда при сгорании топлива образуется другое топливо. Это плутоний, который даст энергию в реакторе на быстрых нейтронах. Помимо него есть там и уран.

Следующий компонент - цезий, радиоактивный источник для многочисленных приборов. Трансурановые элементы отсутствуют в земной коре, и отработанное топливо - их единственный источник. Без этих редкостных изотопов физики-ядерщики, например те, кто под руководством академика Юрия Оганесяна ищет "остров стабильности", не мыслят свои исследования. Поэтому когда ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) отработали свое, их нужно разложить на составляющие.

Во всем мире используют так называемый ПУРЭКС-цикл. Не потому, что он так хорош, а потому, что лучше ничего пока не придумали. Старые ТВЭЛы растворяют в азотной кислоте. Это уже опасно: ведь азотная кислота - сильнейший окислитель. Перед ней трудно устоять даже специальному оборудованию. Из получившегося раствора компонентов бывших ТВЭЛов и продуктов растворения оборудования в азотной кислоте как раз и вылавливают первым делом уран и плутоний. Это делают специальным реагентом, трибутилфосфатом.

В результате получаются уже два радиоактивных раствора. В одном - почти весь уран и плутоний. В другом - все что осталось: немного урана и плутония, осколочные элементы и продукты коррозии. И растворов этих тысячи тонн.

До недавнего времени растворы заливали в специальные емкости (в России - бетонные, в США - из нержавеющей стали) и закапывали в землю. Понятно, что ни тот, ни другой материал не в состоянии выдержать такую агрессивную среду в течение тех тысяч, а то и миллионов лет, за которые радиоактивность сравняется с фоном. Бетон пусть не сразу, но за десятки лет "прогрызают" микроорганизмы. Нержавейка, как показала недавняя катастрофа в американском Хэмпфорде, тоже корродирует.

Метод, предложенный московскими радиохимиками, выглядит революционным, потому что на выходе получаются: сухой остаток - цирконий, цезий, стронций и другие осколочные элементы - и два водных раствора. Один - солей урана, другой - солей плутония. Еще углекислота, которая возвращается в атмосферу, и все! И никаких "радиоактивных озер".

Суть новой технологии - в применении сверхкритической двуокиси углерода. Как известно, при определенном давлении и температуре этот газ переходит в особое состояние, промежуточное между жидким и газообразным, в результате чего становится мощным растворителем. В частности, в нем растворяют специальное вещество, способное извлечь из отработанного топлива весь уран. После того как весь уран перейдет в такой сверхкритический раствор, его пропускают через воду. Уран в виде соли в ней остается, а чистая углекислота улетает. Второй этап - разделение остатка, значит смеси плутония с продуктами деления урана.

Ученые предлагают повторить цикл, но уже с другим веществом. Оно будет реагировать только с плутонием, не обращая внимания на другие компоненты смеси.

- Над этой стадией цикла мы сейчас активно работаем, - рассказывает Борис Мясоедов. - Экстрагент уже найден. Между прочим, эту проблему пытаются решить ученые во всем мире. но первые результаты по разделению урана и плутония получены именно у нас. Пока новая технология еще не создана, ученые предлагают менее эффективный, но зато вполне действующий способ уменьшить объем подлежащих захораниванию отходов: они предлагают сконцентрировать их в исключительно надежных "сейфах" - маленьких стеклянных блоках.

По замыслу авторов, после того как из раствора ТВЭЛов в азотной кислоте выделена основная масса урана, плутония, и стронция и цезия, его следует пропустить через колонки - стеклянные емкости, заполненные мелкими шариками или узкими капиллярами из алюмофосфорного стекла. На стекло нанесена пленка специального экстрагента - вещества, которое образует с трансурановыми элементами прочные комплексы. В результате все эти радиоактивные изотопы остаются внутри колонки, а вытекает из нее безвредная жидкость. Между прочим, этот экстрагент, или, как его назвали американские ученые, "русский реагент", - настоящий чемпион по извлечению из растворов трансурановых элементов.

Затем остается прокалить колонки. При температуре около 800 градусов они спекаются и получаются стеклянные блоки, в которых навечно замурованы трансурановые элементы. Причем концентрация их в каждом "кирпичике" будет гораздо выше, чем в исходном растворе. Значит, все эти опаснейшие радионуклиды вместо огромного бака поместятся всего в нескольких маленьких кубиках. А если запаковать все в контейнер да еще упрятать куда-нибудь в толщу скал, откуда, собственно, и добыли исходную урановую руду, то хранить остатки отходов безо всякого вреда можно будет весьма долго.


Автор: ОЛЬГА МАКСИМЕНКО