Переработать и замкнуть

Проекты реакторов будущего и с натриевым, и со свинцовым теплоносителем почти готовы, но готов ли «Росатом» замкнуть на них ядерный топливный цикл? «Лаб. СР» выясняла, чего достигли к настоящему времени разработчики технологий обращения с ОЯТ и РАО быстрых реакторов.

Для начала вспомним, какие технические задачи поставил «Прорыв» перед радиохимиками. Во-первых, надо обеспечить возможность переработки ОЯТ с коротким временем послереакторной выдержки. Во-вторых, извлечь из ОЯТ 99,9% делящихся материалов, которые пойдут в новое топливо. В-третьих, необходимо удовлетворить требование о предотвращении распространения ядерных материалов — для этого не выделять при переработке ОЯТ плутоний в чистом виде, а только в смеси с ураном. Четвертая задача — минимизировать время потенциальной опасности для окружающей среды образующихся высокоактивных отходов и объем долгоживущих радиоактивных отходов, в соответствии с законодательством подлежащих глубинному подземному захоронению. Чтобы ее выполнить, надо в первую очередь научиться выделять из ОЯТ альфаактивные нуклиды америция и кюрия. «Потом их нужно еще и разделить, чтобы сразу вернуть в топливный цикл америций с целью его сжигания в реакторе, а кюрий выдерживать не менее 70 лет для распада относительно короткоживущих изотопов, и только после этого оставшийся кюрий и образовавшиеся продукты распада тоже вернуть в топливный цикл. То есть осуществить фракционирование продуктов деления ядерного топлива, и это пятое требование», — говорит главный технолог проекта по разработке технологий пристанционной гидрометаллургической переработки ОЯТ Константин Двоеглазов.

В проекте «Прорыв» рассматриваются три технологии переработки: гидрометаллургическая, пирохимическая и комбинированная.

Гидрометаллургическая почти готова — уже с середины 2019 года можно приступать к корректировке проектной документации модуля переработки ОЯТ реактора БРЕСТ-ОД-300 в варианте, удовлетворяющем требованиям проекта «Прорыв». Основные операции проверены не только на моделях, но и на оксидном и нитридном ОЯТ. «Уже переработано 12 ТВС с отработанным МОКС-топливом реактора БН-600, — рассказывает научный руководитель, главный технолог объединенного проекта по разработке базовых технологий переработки ОЯТ и обращения с РАО в ИТЦП «Прорыв» Андрей Шадрин. — Подтверждено, что технология работает. Мы убедились, что нет потерь делящихся материалов выше допустимых значений». Технология переработки нитридного ОЯТ отличается от переработки МОКС только на головных операциях (до стадии растворения) — для нитридного топлива надо обеспечить взрывои пожаробезопасность. Технические решения разработчики подготовили и проверили на необлученном топливе и частично на облученном нитридном топливе.

«При этом надо понимать, что по мере того, как будут повышать глубину выгорания топлива, потребуется доработать гидрометаллургическую технологию, предотвращая выпадение в осадок продуктов деления при переработке ОЯТ, — отметил директор отделения по обращению с РАО и ОЯТ ВНИИНМ Владимир Кащеев. — Кроме того, пока мы не освоили в промышленном масштабе операции разделения америция и кюрия и совместного выделения урана и плутония». Последние две задачи — дело времени. Америций и кюрий уже разделяли на опытнопромышленном оборудовании. Выделение урана и плутония можно освоить там же, в лабораторных условиях возможность решить эту задачу уже подтверждена.

Освоение пирохимической технологии требует больше времени, но у пирохимии есть ряд преимуществ перед гидрометаллургией. Во-первых, она позволяет перерабатывать ОЯТ уже в первый год после выгрузки из реактора — если использовать гидрометаллургический метод, ждать придется как минимум два года. Во-вторых, при переработке ОЯТ с высоким выгоранием и короткой послереакторной выдержкой гидрометаллургия обязывает придумывать сложные технологические схемы для работы с тепловыделяющими продуктами деления топлива. Разработчики полагают, что перспективна комбинированная технология — пирохимические головные операции и гидрометаллургические операции очистки урана и плутония, а также выделения и разделения америция и кюрия. Комбинированная технология позволит проблему тепловыделяющих продуктов деления решить на пирохимическом переделе, а гидрометаллургию использовать для доочистки от радиоактивных примесей продуктов, возвращаемых в топливный цикл.

«Если бы модуль переработки топлива в составе ОДЭК в Северске нужно было строить к 2020 году, как изначально планировалось, то выбора бы уже не было: мы вынуждены были бы полностью отказаться от пирохимических методов и проектировать модуль исключительно под гидрометаллургию. Но сроки сооружения модуля отодвинулись, так что появилось время вернуться и доработать пирохимию, — говорит Андрей Шадрин. — Объект переработки ОЯТ надо начинать строить за пять лет до первой выгрузки ОЯТ из реактора. Думаю, через три года будем готовы выдать проектировщикам необходимые исходные данные. Однако интенсивные НИОКР в области пирохимии потребуют еще минимум пять лет».

Источник: Газета атомной отрасли «Страна Росатом»