Российские ученые предложили принципиально новый подход к безопасности атомной энергетики, создав экологичную технологию очистки оборудования АЭС от радиоактивных загрязнений. Разработанный метод кардинально меняет подход к одной из самых сложных проблем отрасли – выводу из эксплуатации стареющих реакторов и их плановому ремонту – полностью исключая образование опасных жидких отходов.
Перед мировой атомной энергетикой стоит грандиозная задача: безопасно остановить и очистить десятки реакторов, отработавших свой срок. Внутренние поверхности труб и оборудования современных АЭС, а также графитовые блоки старых уран-графитовых реакторов, таких как РБМК (реактор большой мощности канальный) покрываются радиоактивными отложениями – продуктами коррозии и деления топлива. Эти отложения, содержащие такие опасные элементы, как кобальт-60 и углерод-14, делают оборудование чрезвычайно опасным на тысячи лет.
Традиционные методы очистки, основанные на использовании химических растворов, имеют серьезный недостаток: они создают огромные объемы вторичных жидких радиоактивных отходов, которые необходимо дополнительно перерабатывать и хранить. Другие способы, например, ультразвуковые или лазерные, часто оказываются дорогими, малоэффективными или могут повреждать сами конструкции.
Новая технология, разработанная специалистами Лаборатория физики плазмы (ООО «ИнноПлазмаТех») при поддержке Российского научного фонда, получила название «ионно-плазменная». Её принцип можно назвать элегантным и высокотехнологичным. По сути, это «пылесос» для радиоактивности, который не использует воду или химикаты.
Вот как это работает: к загрязненной поверхности (которая становится катодом) подводится портативное устройство с электродом-коллектором (анодом). Между ними в среде инертного газа, такого как аргон, зажигается короткий плазменный разряд. Заряженные ионы газа бомбардируют загрязненную поверхность, буквально выбивая с неё атомы радиоактивного налета. Эти атомы переносятся через плазму и осаждаются в виде твердого, компактного слоя на электроде-коллекторе. Этот собранный радиоактивный «улов» затем можно надежно захоронить, а очищенная поверхность становится безопасной.
Главные преимущества метода – это полное отсутствие жидких отходов, радикальное сокращение объема вторичных отходов (в десятки раз по сравнению с химическими методами) и возможность очистки оборудования прямо на месте, без его демонтажа и транспортировки. Технология универсальна и подходит для удаления любых типов радиоактивных отложений, будь то коррозия на нержавеющей стали или опасный углерод-14 с графитовых блоков.
Исследователи представили экспериментальное подтверждение работоспособности технологии. В лабораторных условиях им удалось успешно «снять» и перенести на коллектор слои с образцов из реакторной нержавеющей стали, меди, алюминия и латуни. С помощью точного электронного микроскопа они зафиксировали, что атомы железа, хрома, цинка и других металлов равномерно осаждаются на целевом электроде, что доказывает контролируемость и эффективность процесса.
Были определены оптимальные параметры работы технологии: напряжение 150–600 В, расстояние между электродами 0,3–2 мм. Для очистки больших поверхностей, например, внутренней части трубопровода, предлагается использовать манипулятор, который будет перемещать плазменную ячейку шаг за шагом, не допуская перегрева металла.
Эта технология рисует принципиально иную картину будущего для безопасного и экономичного вывода из эксплуатации атомных реакторов. По оценкам ученых, её применение только для 11 энергоблоков РБМК может сэкономить государственному бюджету до 500 миллиардов рублей, значительно ускорив процесс и минимизировав экологические риски. Разработка открывает путь к новому этапу в развитии атомной энергетики – более чистому и ответственному.
Исследование опубликовано в журнале «Ядерная физика и инжиниринг»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
