Ученые из лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН предложили оригинальное решение по обращению с отработавшим ядерным топливом для применения в атомной отрасли. Созданы научные основы инновационной технологии переработки отработавшего ядерного топлива с использованием единого и апробированного в промышленной технологии экстрагента – трибутилфосфата – как для регенерации ядерных материалов, так и для глубокого фракционирования образующих жидких радиоактивных отходов, т.е., переработки путем разделения компонентов отходов по степени опасности (Рис. 1). Результаты опубликованы в юбилейном сборнике “Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences” издательства Springer Nature (Vinokurov et al., 2023).
Рисунок 1. Новые методы и материалы в процессе производства топлива и обращения с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами.
Комплексная методика переработки отработавшего топлива будет востребована в контексте перехода российской атомной энергетики на замкнутый ядерный топливный цикл. Ключевое отличие замкнутого цикла от открытого заключается именно в наличии стадии переработки отработавшего ядерного топлива. Если в открытом цикле его не перерабатывают и сразу помещают отработавшие тепловыделяющие сборки в хранилища, то при замкнутом цикле специалисты извлекают делящиеся нуклиды для повторного использования, а также другие практически важные радионуклиды.
«Стратегия развития атомной отрасли России – замыкание ядерного топливного цикла в системе двухкомпонентной атомной энергетики, то есть, при сбалансированном использовании реакторов на тепловых и быстрых нейтронах. Достичь этой цели возможно только при внедрении технологии переработки отработавшего ядерного топлива, которая будет отличаться эффективностью, радиационной безопасностью и удовлетворительными экономическими показателями», – пояснил Сергей Винокуров, заместитель директора по научной работе и заведующий лабораторией радиохимии ГЕОХИ РАН.
Перспективы замкнутого ядерного топливного цикла России связаны не только с регенерацией урана и плутония, но и с глубоким фракционированием образующихся радионуклидов, то есть, разделением радионуклидов на отдельные фракции, например, по периоду их полураспада или по степени их токсичности, а также трансмутацией (переводом) америция и других долгоживущих нуклидов, образующихся ядерных реакторах, в короткоживущие. Среди других перспективных направлений для развития замкнутого цикла – обращение с радиоактивными отходами путем кондиционирования и включения в твердые устойчивые матрицы (например, в стекло или минералоподобные материалы) для экологически безопасного захоронения. В лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН разрабатывается технология переработки отработавшего ядерного топлива 4-го поколения, которая отличается от предшествующих направленностью на значительное сокращение объема радиоактивных отходов для глубинного захоронения.
«Наша задача стоит в оптимизации стадий переработки и создания единой технологической схемы. Отдельные известные и промышленно апробированные решения, на наш взгляд, практически не требуют вмешательства, например стадии растворения или головной экстракции при использовании хорошо известной в отрасли экстракционной системы. При этом на основании результатов наших работ мы предложили новые способы выделения группы трансплутониевых и редкоземельных элементов из отходов, последующего отделения америция от этой группы для его потенциальной трансмутации, разработали новые материалы для консервации радионуклидов», – рассказал Сергей Винокуров.
Комплексная технология переработки отработавшего топлива, над которой работают в лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН, ориентированы на радиохимические заводы нового поколения, однако отдельные разработанные методы могут быть использованы на профильных предприятиях уже сейчас, например новые фосфатные материалы для захоронения радиоактивных отходов. Интерес к разработкам ученых проявила Госкорпорация «Росатом». В планах научного коллектива в скором времени провести опытные испытания предложенных технологических решений.
Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Источник: Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН.