Переработка ОЯТ. Актуальность. Целесообразность. Опасность

Вопрос Дементию Башкирову от редакции «ПРоАтом»

По итогам ПМЭФ-2018 прошла информация о том, что Россия и Франция заключили соглашение о переработке в России регенерированного урана из Франции. Кроме того совсем недавно гендиректор ГХК Петр Гаврилов заявил, что на предприятии успешно проведена пилотная переработка ОЯТ энергетического реактора ВВЭР-1000 российской АЭС (хотя, есть предположение, что весь цикл Purex-процесса пройден не был, проведена всего лишь разделка одного ТВЭЛа).

В то же время Росатом всерьез и надолго взял курс на двухкомпонентную атомную энергетику с ЗЯТЦ, в рамках которого переработка ОЯТ ВВЭР и создание нового топлива – важная составная часть.

Как вы считаете, насколько актуальна, целесообразна и опасна для экосистемы переработка ОЯТ существующими технологиями и что, вообще, следует с ним делать?

– Давайте «плясать от печки». Что такое научная работа и научная публикация.

Мой шеф учил меня, как нужно правильно подготавливать работу к публикации. Может, кому-то это покажется сумасшествием, но работы выполнялись именно так.

Расчеты и гипотезы в работе не указываются, если они не проверены практикой. Желательно делать расчет 3 и более способами, чтобы не выглядеть глупо.

Сначала работа должна быть выполнена в металле (в стекле, пластике). Работоспособность предложенного в работе оборудования и технологии должны быть проверены на практике. Проверка проводится в 3 этапа – холодная, теплая и горячая. (Холодная – на стабильных изотопах, теплая – на активностях и/или удельных активностях на 2-5 порядков меньше рабочих, горячая – ватты/кг - кВт/кг). Для публикации необходимо выполнить все три проверки.

Публикация – это отчет о проделанной работе, а не декларация о намерениях. К отчету необходимо приложить акты испытаний, ввода в эксплуатацию, акты приемки изделий или материалов. Самый лучшая строка в отчете – это «Изделие соответствует требованиям заказчика в полном объеме».

Все остальное называется предварительным обсуждением работы. Выносить такое обсуждение на публику – это проявление глупости и неуважения к себе. Показывать неоконченную работу нельзя ни дураку, ни конкуренту.

Когда я со свежими машинописными листками собирался уже бежать в редакцию, шеф останавливал меня и прятал бумаги в сейф.

- Пусть отлежится пару недель. Запомни, нет лучшего редактора, чем сам автор, но через некоторое время.

Когда речь заходила о ЗЯТЦ, диспут академиков пресекался вопросом:

– Сколько быстрых реакторов работает на вторичном топливе? – Ноль.

Нету тела, нету дела. Все это называется беспредметный разговор. Обсуждать можно только то, что сделано. Кроме сумм потраченных средств нет никаких цифр.

Компьютерные результаты, не основанные на эмпирике – это художественное произведение. Оно может быть высокохудожественным, может быт бездарным, но это не научная работа. Наука начинается с реального практического результата.

Представьте себе, что Манхэттен до сих пор просил бы деньги на изготовление супероружия, а ни одного взрыва так и не сделал. Мы бы называли этих ученых шарлатанами.

Сегодня мы называем шарлатанами тех, кто просит деньги на ЗЯТЦ, имея 70 лет отрицательного опыта, до сих пор не переработав ни одной ТВС (в контексте разговора шла речь о переработке ОТВС БОР-60 электрохимическим способом). Это всего 5 килограмм. А в соответствии с ТЗ Никиты Сергеевича от 1964 года нужно было переработать в декабре1979 всю активную зону – 200 кг, иначе коммунизма не построить.

Для справки (2007) – всего взято в переработку около 25 кг топлива БОР-60, из него МОКС – не более 5 кг, за всю историю опытно-демонстрационного ЗЯТЦ – с 1964 года. Баланс по ЯМ не сведен, отходы не переработаны, хранятся в форме многофазных смесей.

На 2018 год не осталось в живых ни одного советского руководителя работ по ЗЯТЦ БОР-60. Архивы подчищены. Актуальность проблемы нулевая.

Что делать с ОЯТ гражданских реакторов?

Мы должны принимать во внимание: ОЯТ гражданских реакторов не планируется к переработке на боевые ядерные материалы, но планы эти не выполняются.

Практика (прошлых лет) показывает, что как только страна приобретает ядерный реактор, любого типа, то немедленно разворачивает производство ядерного оружия.

По факту имеем, что любой реактор, накапливающий более 1 г плутония на ГВтч – это современная техника для производства оружия массового поражения. КАНДУ и ПУГР – это 100-120 г/ГВтч, РБМК – 40-70, ВВЭР – 35-50.

Переработка одной ТВС ВВЭР-1000 весом полтонны с содержанием 1,3% плутония, дает материала минимум на одно ядерное взрывное устройство мощностью 20-100 кт.

При остывании топлива 70-100 лет задача по радиохимическому выделению упрощается в 150-300 раз по сравнению с работами 40-х годов. Растворы не кипят, водород не образуется, реагенты не разлагаются, летучие РВ распались, топливо можно брать «голыми» руками, то есть не нужна полутораметровая защитная камера и дистанционное оборудование. Такое топливо может переработать любой человек с дипломом химика, радиохимия тут уже не нужна (из всей физики нужно только знать критмассы в водных растворах).

Выделяющийся при альфа-распаде гелий создает давление в твэл, которое неизбежно разрушает оболочку, и твэл теряет газовую герметичность. Это событие произойдет через 100-300 лет после выгрузки ОЯТ из реактора. Распавшийся плутоний, превратившийся в дочерние уран, нептуний и америций, дает аэрозоль, практически ведущую себя как газ. Для удержания этого аэрозоля контейнер должен иметь герметичные барьеры и поглощающие материалы.

При распаде 0,067% актинида в виде оксида, он превращается в микронную пыль (0,001Т). При распаде 0,67% актинида он превращается в нанопорошок (0,01Т). При распаде 6,7% (0,1Т) материал приобретает свойство газа, одно из них – заполняет весь предоставленный ему объем.

На глубине 250 м вода кипит при 220°С.

1 кг мокса помещается в граненую стопку. После переработки на РТ-1 образуется 2 м3 высокоактивных отходов.

При переработке ОЯТ 10-50 летней выдержки водными технологиями (боевые технологии 40-60-х годов, РТ) для регенерации плутония, в отходах остается 30-70% альфа активности ОЯТ. Объем отходов по сравнению с объемом ОТВС увеличивается на 3-5 порядков. Компактные высокоактивные отходы в виде ОТВС, содержащие актиниды в термодинамически устойчивом состоянии, переводятся в легкорастворимые ВАО. Все осколочные РВ также переходят в растворимые формы.

Сегодня таких отходов накоплено более 350 тысяч тонн, в пересчете на актиниды. Суммарная удельная альфа активность мирового ОЯТ при выдержке 10 лет примерно 0,1 Ки/г. Это 35 миллиардов Ки долгоживущих актинидов. Чернобыль выбросил 0,05 млрд Ки, Кузькина Мать – 0,045 млрд Ки, Нагасаки – 15 тысяч Ки (0,000015 млрд Ки).

Технологий переработки ОЯТ 10-50 летней выдержки для регенерации 5 основных актинидов отработавшего уранового топлива (уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий) не существует.

Выдвигаемые Прорывом требования к РТ, конкретно требуемый процент отходов альфа активности 0,1% на всю радиохимическую переработку ОЯТ, технически недостижим. Реальные отходы выше на порядок. Это с одной стороны. С другой стороны, с учетом 15-25 регенераций до достижения 100% выгорания (4-8% выгорания за цикл), для обеспечения безопасности производства РТ требуется понизить процент отходов на одной переработке до 0,007% или до 0,004%.

Нормированные потери для действующих переработок трансплутониевых актинидов в замкнутом цикле наработки калифорния (НИИАР) составляют 1-6%. Реальные еще выше, и это без учета тяжелых аварий на РТ и СМ (потери близки к 100%).

Потери плутония на РТ-1 (Маяк, целевой только плутоний) в виде соединений с благородными и труднорастворимыми осколочными элементами составляют до 2%.

Активность осколков в топливе после 1 года выдержки больше активности актинидов в 100 раз.

Активность 30-летних осколков деления цезия-137 и стронция-90 через 30 лет выдержки ОЯТ примерно в 20 раз выше активности актинидов. Через 150 лет активности осколков и актинидов сравниваются.

По российским законам, проектам и концепциям, ОЯТ считается ценным сырьем. В фашистской германии отходы производства ядерного оружия считались самым опасным компонентом. Они утверждали, что любой (кроме арийцев), кто захочет получить плутоний, погибнет.

Ученые Манхэттена потратили 11 лет на решение вопроса доставки этойкомпоненты на территорию противника, и это решение – термоядерное оружие с урановым темпером. Современное термоядерное оружие выбрасывает 99,999% своей долговременно радиоактивности на месте взрыва, а плутониевое – только 1%. С тех пор в США запрет на радиохимию ОЯТ.

Экономики АЭС в СССР не существовало. Экономика АЭС в России приносит убытки, равные бюджетным вливаниям РФ в Росатом, плюс невозвращаемые кредитования строительства зарубежных АЭС.

Страны бывшего ЕЭС свозят ОЯТ в Россию. Будущие планируемые реакторы российского дизайна за рубежом также будут свозить (выбрасывать) свой ОЯТ на российскую территорию. Россия для них одновременно и энергетический ресурс, и свалка.

Учитывая вышесказанное, и также то, что свежее ОЯТ имеет энерговыделение, требующее не менее 5 лет принудительного охлаждения в водяном потоке, мое предложение по обращению с ОЯТ формулируется следующим образом:

Через 5-10 лет после выгрузки ОЯТ из реактора и охлаждения в мокром хранилище, герметичные и неповрежденные ТВС должны быть упакованы в контейнеры, обеспечивающие теплоотвод и нормированное газовыделение из ОЯТ.

Эти контейнеры необходимо удалить в скважины на глубину не менее 250 м под землей.

Переработка ОЯТ должна быть запрещена на всей планете.

Захоронение ОЯТ должно производиться в регионе (районе, области) потребления атомной электроэнергии. (Превращение России в источник (ископаемых, биологических, энергетических) ресурсов и одновременно свалку техногенных отходов – мечта Гитлера).

Накопление ОЯТ должно быть планомерно остановлено на всей планете.

Освоение ядерных энергетических технологий в мирных целях должно основываться на устройствах, которые не накапливают боевые ядерные материалы, не только в промышленных, но и в экспериментальных масштабах.

Что касается позиции России по обращению с ОЯТ – этой позиции нет. Есть благие намерения, преступное бездействие и любовь к быстрым бесконтрольным деньгам. Ваши вопросы демонстрируют беспокойство по ажиотажному развитию атомной энергетики в мире. К сожалению, желание заработать за счет будущих поколений россиян, их здоровья и жизней, доминирует в концепции Росатома, как и других стран, стремящихся заполучить ядерные блоки.

Как я вижу захоронение ОЯТ

ОТВС после расхолаживания 5 лет в воде, на воздухе при естественной циркуляции будет иметь температуру 150-250ОС. В нее заливается сплав металлов на основе свинца, с температурой плавления около 300ОС. В этой смеси обязательно наличие кадмия и/или бора для гарантированного предотвращения СЦР при любых компоновках и количестве ТВС. Отвод тепла на поверхность гарантирован металлом, на 2 порядка выше, чем у оксидов.

Заливка идет с промежуточными операциями окисления, чтобы сплав не мог вытечь при случайных перегревах (не обязательная операция). С этого момента угроза возобновления цепной реакции исключается.

Далее ТВС помещается в нержавеющий контейнер большего диаметра. Пустота заполняется цементным раствором с металлическим наполнителем (чугун). Это и теплоотвод, и биологическая защита.

Глубина скважины, ее диаметр, количество контейнеров в сечении, технологии сброса или опускания, промежуточные вставки или заливки бетоном – это экономический расчет с привлечением специалистов по бурению.

Одна скважина глубиной 2 км обходится нефтяникам примерно в миллион долларов. На километре глубины можно разместить 100 – 150 ОТВС. На ОТВС получается 10 000 /500 кг, всего 20 долларов/кг. Даже если буровики будут ломить по 10 миллионов долларов за скважину, 200 долларов/кг – это в 5 раз меньше, чем стоимость переработки 1 кг ОЯТ (Франция, 2006 – 1000 евро/кг, без учета охлаждения и дальнейшего хранения).

Скважина в стоимости захоронения составляет 10-20%. Заливка сплавом, бетонирование пенала, транспортировка к месту заглубления ОТВС – это будет не дешево. Я оцениваю это работу в 1-2 тысячи долларов/кг.

Для заметания следов работ обсадная труба извлекается, порода выше верхней ОТВС разрушается серией взрывов на разных глубинах и с разным отклонением от точки (неядерных, конечно). Возможно, эта операция будет излишней.

Найти такое захоронение, когда распадутся цезий и стронций, можно будет только по нейтронному потоку, но тут должен помочь кадмий и бор. Через тысячу лет поисковый зонд сможет найти такое сокровище, если окажется в 1,5-2 м от скважины. Без нейтронной защиты – в 8-10 м.

Я знаю, что такие проекты финансируются во многих государствах, но не все, что знаешь, можно говорить, а говорить можно только то, что хорошо знаешь. В этой области человеческой деятельности предстоит еще сделать много работы, и мне очень хотелось бы, чтобы Россия была в первых рядах таких исследований.

Еще раз повторюсь – дурость стран, типа Франции, считающей себя самой атомной державой, нужно лечить захоронениями ОЯТ на Версальских полях.Ни в коем случае Россия не должна стать ядерным могильником для чужих амбициозных мировых проектов прошлого.

На моей памяти много раз менялась политика атомной промышленности. То вперед, то назад, то в угоду США, то чисто для Японии. Сейчас Китай, Турция. Нет никакой последовательности в действиях советской и российской атомной энергетики. Одни метания.

Сегодня Франция поманила франками, и корабль Росатома накренился на юго-запад. Забыли и про Мистрали, и про санкции. Забыли про узкий пролив Дарданеллы, про Болгарию и Украину.

Не нужно метаний на борту, иначе придется для выкуривания французов Москву в очередной раз сжигать. Или вообще произойдет оверкиль.

Спасибо за правильные вопросы.

Дементий Башкиров

*   *   *

Источник: http://proatom.ru/modules.php?...