Когда кто-то упоминает словосочетание «радиоактивные отходы», то на ум приходят огромные ярко-желтые бочки, наполненные светящейся зеленой массой. Этому образу мы обязаны научно-популярным фильмам, на самом же деле радиоактивные отходы выглядят не так жутко. Обращение с ними и дальнейшее хранение жестко контролируется, но ученые во всем мире продолжают разрабатывать технологии для сокращения количества этих отходов и улучшения условий хранения. Рассказываем, как в России научились перерабатывать радиоактивные отходы, чтобы снизить их объем в десятки раз.

Что такое радиоактивные отходы?

Радиоактивные отходы — это виды отходов, содержащие в себе радиоактивные изотопы элементов и не подлежащие дальнейшему использованию. В первую очередь на ум приходят отходы, появляющиеся в результате использования ядерного топлива и работы ядерных реакторов, но к отходам также можно отнести материалы и объекты, находящиеся в зонах, подверженных ионизирующему излучению: спецодежду, оборудование.

Разработка технологий для переработки, утилизации и хранения таких отходов долгое время была одной из важнейших задач для ученых и организаций атомной сферы. Просто вывезти на мусорный полигон даже очень хорошо запаянные бочки с отходами (даже с небольшой степенью радиоактивности) нельзя — в силу биологических процессов радиоактивные изотопы могут накапливаться в окружающей среде и приводить к изменениям в природных циклах. В связи с чем во всем мире идет активный поиск способов, которые позволят сделать обращение с радиоактивными отходами безопасным.

Один из распространенных способов — изоляция и хранение вдали от человеческой инфраструктуры, например, внутри горных пород. К этому методу прибегла Великобритания. Для такого способа хранения используется горнодобывающая техника, с ее помощью осуществляется бурение туннеля или шахты на глубине от 500 метров, внутри обустраивается хранилище, в котором можно изолировать радиоактивные отходы навсегда или до тех пор, пока они, после одного или нескольких периодов полураспада, станут менее опасными.

Поскольку период полураспада некоторых радиоактивных веществ превышает один миллион лет, необходимо учитывать даже очень низкую скорость утечки из контейнера и скорость миграции радионуклидов. Более того, может потребоваться более одного периода полураспада, пока некоторые ядерные материалы не потеряют достаточно радиоактивности, чтобы перестать быть смертельными для живых существ. В 1983 году в шведской Национальной академии наук доказали, что для изоляции отходов до достижения ими безопасного состояния необходимы сотни лет.

Еще одно направление, в котором активно ведутся исследования, — это поиск форм жизни, способных поглощать радиоактивные изотопы без влияния на последующие пищевые цепочки. Это называется биоремедиацией. На сегодняшний день известно, что некоторые виды водорослей, например, Scenedesmus spinosus, могут поглощать радиоактивные изотопы стронция (с периодом полураспада в 30 лет) из сточных вод.

Особой категорией отходов являются жидкие радиоактивные отходы (ЖРО): это вода, используемая в первом контуре атомного реактора, выступающая в роли теплоносителя для выработки электроэнергии. Также к этой категории отходов относятся: вода бассейнов выдержки и перегрузки, дезактивационные растворы,трапные воды; регенерационные и промывочные воды; воды спецпрачечной и душевых. Такие жидкие отходы содержат опасные химические соединения, а также радиоактивные изотопы химических элементов, и, как в случае других радиоактивных отходов, их нельзя просто слить в окружающую среду. Долгое время такие отходы изолировались и хранились, но из-за больших объемов эффективность такого метода рано или поздно могла сойти на нет.

Кольская АЭС уже в начале 90-х годов приступила к поиску эффективных технологий переработки жидких радиоактивных отходов. В то время эффективных технологий переработки радиоактивных отходов не существовало. ЖРО переводили в отвержденное состояние, в основном, с помощью глубокого упаривания или смешивания с цементом для последующего хранения в твердом состоянии, что не приводило к существенному сокращению доли радиоактивных отходов.

А к 1995 году на Кольской АЭС была принята первая методология по очистке жидких радиоактивных отходов, которая позволила не только обезопасить этот вид отходов, но и сократить объемы, подлежащие дальнейшему хранению, в 50–100 раз. На сегодняшний день эта технология применяется на Кольской АЭС в Мурманской области уже больше 15 лет.

Как жидкие радиоактивные отходы делают безопасными?

Методика, применяемая на Кольской АЭС, называется ионоселективной сорбцией — она позволяет после нескольких обработок жидких радиоактивных отходов различными химическими составами стабилизировать радиоактивные изотопы веществ, таким образом, переводя их из категориии «радиоактивные отходы» в «промышленные», а также сократить их объем в десятки раз.

В рамках этой методики жидкие радиоактивные отходы проходят несколько стадий: фильтрацию, озонирование (окисление кубовых осадков, в результате которого происходит разрушение комплексных веществ, что делает их пригодными для последующей сорбции), затем следуют несколько этапов фильтрации и сама сорбция, в результате которой радиоактивные изотопы «связываются» и приобретают вид нерадиоактивной соли (солевой плав), отделяются от воды. В таком состоянии они могут безопасно храниться в течении 300–500 лет.

Солевой плав имеет сложный химический состав, обусловленный применением на АЭС множества химических соединений (щелочей, кислот и др.), и поэтому с самого начала эксплуатации комплекса по переработке жидких радиоактивных отходов он рассматривался как продукт, потенциально пригодный для выделения полезных компонентов для повторного использования. И, конечно, в первую очередь, таким компонентом является борная кислота, применяемая на АЭС.

Изучение возможных технологий, позволяющих выделить полезные компоненты из сырья сложного химического состава, привело к тому, что Кольская АЭС инициировала выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по теме «Разработка технологии утилизации солевого плава или очищенного солевого раствора, получаемого на КП ЖРО Кольской АЭС». В 2016 году Кольская АЭС подала заявку на выполнение НИОКР, с участием АО «Концерн Росэнергоатом» были разработаны соответствующее техническое задание, программа НИОКР, проведены конкурсные процедуры.

И в 2017 году Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) такая технология была разработана и запатентована. В том же году на Кольской АЭС дан старт проекту «Выделение борной кислоты из продуктов переработки кубового остатка». На основании выполненных НИОКР были разработаны конструкторская документация на основное оборудование и рабочая документация. В 2021 году оборудование основных технологических систем было поставлено на АЭС. На 2023 год запланированы работы по монтажу оборудования.

Реализация этой уникальной технологии позволит предприятию отказаться от закупки борной кислоты для собственных нужд и более чем на 30% уменьшить количество получаемого плава.

До появления технологии переработки жидкие радиоактивные отходы на АЭС накапливались в специальных емкостях. За 15 лет эксплуатации на Кольской АЭС выведено из категории «радиоактивные отходы» более 3600 тонн солей.

Игорь МАРАКУЛИН, заместитель директора по развитию Кольской АЭС

«Мы знаем, когда закончится эксплуатация нашей атомной станции, это будет 2039 год. Наша политика такова, что к этому моменту мы решим проблему накопленных за время ее работы радиоактивных отходов. Комплекс по переработке ЖРО выполняет эту задачу. Это наше обязательство перед будущими поколениями, поэтому то, что мы делаем сегодня, очень важно. Насколько работа КП ЖРО эффективна и что мы получаем на выходе? Представьте железнодорожную цистерну жидких радиоактивных отходов — это 70 тонн. После переработки остается 135 литров ионоселективного сорбента (в нем сконцентрирована вся радиоактивность), который мы упаковываем в защитный фильтр-контейнер размером примерно со стандартную бочку. Такой сертифицированный контейнер, пригодный к захоронению, представляет из себя очень мощную биозащиту сроком службы 300 лет. Так что, одно дело работать с железнодорожными цистернами жидкости, другое — с компактными и сертифицированными контейнерами. Такая эффективность. Второй компонент, получаемый в процессе очистки, — нерадиоактивный раствор. Он упаривается, и в виде чистых солей может служить сырьем для выпуска борной кислоты, которая используется при производстве электроэнергии».

Александр Головаха, заместитель главного инженера по безопасности и надежности Кольской АЭС

«Мы накопили достаточно большой опыт в эксплуатации КП ЖРО, уверены в его безопасности и намерены эксплуатировать комплекс в течение всего проектного срока службы объекта — 30 лет.

Все отходы, образующиеся в результате переработки ЖРО (а это солевой плав и содержащиеся в фильтрах-контейнерах радиоактивные вещества), подвергаются спектрометрическому анализу, по результатам которого определяется, подлежат ли обозначенные отходы учету в государственной системе учета и контроля РВ и РАО в соответствии с Федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии. Как правило, такими отходами являются отходы, содержащиеся в фильтрах-контейнерах. Они и ставятся на строгий учет. Солевой плав не относится по активности к радиоактивным отходам и не подлежит госучету. При этом обязательно ведутся журналы учета на каждом этапе образования и переработки жидких радиоактивных отходов. Учитывается, сколько РАО поступило на КП ЖРО и сколько образовалось в результате переработки».

«Госкорпорация Росатом была создана 1 декабря 2007 года указом Президента РФ. С этого события началась новая эра атомной отрасли России, и за 15 лет своего существования госкорпорация Росатом прошла огромный путь, превратившись в национального чемпиона энергетического сектора и лидера на глобальном рынке ядерных технологий. За период 2007–2022 годов были запущены программы развития атомной промышленности, благодаря объединению активов удалось сформировать цепочку полного цикла технологий от добычи урана до вывода атомных объектов из эксплуатации».

Реклама. myatom.ru