Пирохимия прорыва
На Урале создают новейшую технологию переработки отработавшего ядерного топлива
В Северске Томской области, на площадке Сибирского химического комбината, произошло знаменательное событие: в рамках масштабного проекта «Росатома» «Прорыв» стартовало строительство опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) с уникальной реакторной установкой на быстрых нейтронах «БРЕСТОД-300». Это ключевой объект новой технологической платформы ядерной энергетики, которая позволит исключить аварии на атомных станциях, максимально использовать энергетический потенциал природного урана в замкнутом ядерном топливном цикле, решить экологические проблемы, связанные с хранением отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), укрепить режим нераспространения ядерного оружия и обеспечить лидерство России в мировой атомной энергетике. В модуле энергоблока наряду с традиционной гидрометаллургической предполагается использовать пирохимическую технологию переработки ОЯТ, созданную учеными Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН. Научный руководитель проекта «Прорыв», доктор технических наук Евгений Адамов высоко оценил разработки ИВТЭ УрО РАН в области пирохимии, отметив, что благодаря этому можно решить актуальную задачу: снять первичную высокую радиоактивность ОЯТ. А президент РАН академик Александр Сергеев назвал результаты уральских электрохимиков в числе главных достижений академической науки за последнее время.
О ходе работ по проекту «Поиску» рассказал научный руководитель ИВТЭ УрО РАН и направления пирохимической переработки ОЯТ проекта «Прорыв», доктор химических наук Юрий ЗАЙКОВ
– Как ваш институт стал участником проекта «Прорыв»?
– Госкорпорация «Росатом» и ИВТЭ УрО РАН заключили госконтракт на создание технологии и оборудования для пирохимической переработки ОЯТ реакторов на быстрых нейтронах в апреле 2021 года. Однако исследования в этом направлении вместе с коллегами из Уральского федерального университета и НИИ «Росатома» мы ведем уже почти шесть лет. Сегодня институт выполняет роль научного координатора работ по пирохимии, включенных в федеральный проект «Разработка технологий двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым топливным циклом» комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года».
Уральских электрохимиков привлекли к созданию новой технологии переработки ОЯТ не случайно. Исследования фундаментальных свойств расплавленных солей и процессов, протекающих в них, – традиционное направление нашего института. У нас хорошая экспериментальная база, высокие компетенции сотрудников, и в научном плане мы не только не уступаем зарубежным коллегам, работающим в этой области, но и по ряду направлений значительно превосходим. Я имею в виду изучение физико-химических свойств солевых расплавов, кинетику и термодинамику электродных процессов. Что касается технологий и их аппаратурного оформления, то мы уступаем нашим зарубежным партнерам, но это явление временное. В кооперации с ГК «Росатом» у нас есть все возможности стать мировыми лидерами в области пирохимической переработки ОЯТ.
– Насколько актуальна эта проблема для России?
– Атомная отрасль – одна из основных в экономике РФ. «Росатом» продолжает строить атомные станции в разных странах, обслуживает построенные, готовит специалистов, поставляет ядерное топливо. В создании реакторов на быстрых нейтронах, а именно к такому типу относится реакторная установка «БРЕСТ-ОД-300», наша страна продвинулась дальше всех. Исследовательские реакторы на быстрых нейтронах есть в США и во Франции, но промышленные имеются только в России, а именно в городе Заречный Свердловской области, они снабжают электроэнергией промышленность и население региона. Вообще реакторы на быстрых нейтронах гораздо безопаснее и экономичнее обычных. Использование плотного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива и свинцового теплоносителя позволяет работать в равновесном топливном режиме, когда горючее – плутоний – нарабатывается в том же количестве, в каком и сгорает. Наработанный плутоний из ОЯТ идет для изготовления новых партий топлива для «БРЕСТа», которое подпитывается только обедненным ураном, – цикл замыкается. Экологическая безопасность при замкнутом топливном цикле достигается благодаря технологиям регенерации и рефабрикации топлива, основанным на очистке ОЯТ от продуктов деления и введении в очищенную смесь обедненного урана. При этом самые опасные радиоактивные вещества – минорные актиниды – в составе регенерированного топлива возвращаются в реактор, где происходит их сжигание.
– Какой способ переработки ОЯТ предлагают уральские электрохимики?
– Мы разрабатываем пирохимическую технологию (от греческого «пиро» – огонь), где используются реакции, идущие при высоких температурах. Созданием подобных технологий активно занимаются и в других «ядерных» странах. Пожалуй, максимально продвинулись в этом вопросе коллеги из Южной Кореи, США и Китая. ОЯТ из обычных реакторов подвергается гидрометаллургической переработке. Однако высокообогащенное топливо реакторов на быстрых нейтронах перерабатывать в водных средах нельзя. Точнее, это можно делать только после длительной выдержки, в течение 5-7 лет, что экономически невыгодно. Поэтому мы предлагаем использовать расплавленные соли – хлориды лития, калия и их смеси. Солевые расплавы очень стойки к радиационному воздействию и позволяют работать с высокоактивным ОЯТ. Прежде всего нужно отделить наиболее радиоактивные продукты деления пирохимическим способом и получить низкоактивное топливо. А далее его можно либо перерабатывать традиционными водными методами, либо весь цикл завершить с помощью пирохимических технологий.
– В какой стадии сегодня находится ваша технология?
– Начальный период ее разработки близится к завершению, есть результаты с использованием модельного ядерного топлива, отработаны базовые технологические процессы, изготовлены макеты установок для получения сред требуемой чистоты. На основе фундаментальных и экспериментальных исследований ученых ИВТЭ УрО РАН принят окончательный вариант схемы пирохимического передела в модуле переработки ОЯТ ОДЭК Сибирского химического комбината. В 2024 году предполагается начать его сооружение. По планам реактор «БРЕСТ» должен быть запущен в 2026 году.
автор статьи: Елена ПОНИЗОВКИНА
