Ученые обеспечат безопасное захоронение отходов реакторов нового поколения
Перспективные материалы для утилизации нового типа отходов, которые будет производить строящийся в России реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300, исследовали сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН, сообщает 15 декабря пресс-служба Минобрнауки.
При производстве энергии реактор БРЕСТ-ОД-300 может, кроме урана, эффективно использовать плутоний. Поэтому перед учеными встала задача обеспечить радиационную безопасность захоронений радиоактивных отходов (РАО), остающихся после переработки смешанного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива.
Современные технологии решают задачу утилизации РАО с помощью отверждения отходов в устойчивые консервирующие материалы. Далее их помещают в хранилища, в которых создается комплекс природных и инженерных барьеров для радиационной безопасности.
В качестве таких консервирующих материалов обычно выбирают стекло и цемент. В последнее же время идут разработки по применению для этих целей керамики. Ученые ГЕОХИ РАН исследовали возможность применения натрий-алюможелезофосфатного стекла и магний-калий-фосфатной матрицы для отверждения летучих хлоридных отходов, получаемых при переработке ядерного топлива нового реактора.
Новые материалы для доказательства безопасности их использования в качестве консервирующего материала РАО должны быть исследованы на устойчивость к воздействию природной грунтовой воды, в том числе в случае повышения ее кислотности из-за образования продуктов радиолиза.
С этой целью ученые исследовали структуру и стабильность предложенных материалов, помещая их в раствор пероксида водорода, выступающего в данном случае имитатором продуктов радиолиза воды.
Результаты эксперимента подтвердили устойчивость новых материалов и перспективность их использования для обеспечения радиационной безопасности при захоронении радиоактивных отходов нового реактора.
Результаты проведенного исследования представлены в статье «Среднетемпературный композитный материал из фосфатного стекла как матрица для иммобилизации высокоактивных отходов, содержащих летучие радионуклиды», опубликованной в журнале Energies.
В статье авторы сообщили, что синтез новых материалов происходит в случае натрий-алюможелезофосфатного стекла при температуре до 950 ⁰C, а в случае магний-калий-фосфатной матрицы — при комнатной температуре.
При этом снижение температуры синтеза материалов позволит эффективнее отверждать летучие хлоридные отходы, одновременно снижая энергетические затраты и эксплуатационную нагрузку на оборудование.
Следующим этапом исследования стало изучение влияния материалов инженерных барьеров хранилищ радиоактивных отходов на устойчивость предложенных материалов в случае консервации долгоживущих радионуклидов.
Следует отметить, что госкорпорацией «Росатом» с 2021 года в городе Северске Томской области ведется строительство первого в мире энергоблока последнего поколения БРЕСТ-ОД-300, который должен открыть новую эпоху в истории атомной энергетики, а именно — эпоху замкнутого ядерного топливного цикла.
Такой цикл станет возможным из-за способности реакторов на быстрых нейтронах при производстве энергии эффективно использовать не только уран, но и образующийся в реакторе плутоний.
Строящийся реактор БРЕСТ-ОД-300 будет обеспечивать себя плутонием-239 — основным для него энергетическим компонентом, производя его из изотопа урана-238, более 99% которого содержится в природной урановой руде (современные тепловые реакторы используют изотоп уран-235, содержание которого в природе составляет лишь около 0,7%).
Реакторы на быстрых нейтронах, обладая высоким коэффициентом воспроизводства, будут производить больше потенциального топлива, чем потребляют, а также утилизировать с выработкой энергии (трансмутировать) долгоживущие минорные актинидные элементы топлива.
