Предложен эффективный способ переработки ядерного топлива
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН стал победителем конкурса на заключение государственного контракта с госкорпорацией «Росатом», одна из задач которого — создание базовых операций переработки топливной соли на основе фторидов лития, натрия и калия в жидкосолевых ядерных реакторах (ЖСР).
ЖСР — ядерный реактор, в котором солевой расплав служит одновременно тепловыделяющим элементом и теплоносителем. Идея создания жидкосолевого реактора возникла в середине прошлого века. В 1960-е годы в Окриджской национальной лаборатории (США) были успешно испытаны такие установки, но широкого распространения они не получили. Сегодня в этой области происходит ренессанс.
— Создание такого реактора необходимо для реализации идеи новой атомной энергетики, задача которой — максимально эффективное использование энергетического потенциала радионуклидов в замкнутом ядерном топливном цикле и решение экологических проблем, связанных с хранением отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Различные концепции ЖСР позволяют создать как энергетический реактор, так и реактор-сжигатель, где можно утилизировать наработанные в других атомных реакторах долгоживущие радионуклиды — минорные актиноиды. Многие из них имеют очень длинный период полураспада (сотни, тысячи и даже миллионы лет), что делает их одним из самых опасных компонентов ОЯТ, — рассказал «Поиску» научный руководитель Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН доктор химических наук, профессор Юрий Зайков (на снимке справа).
Сегодня ИВТЭ УрО РАН обладает всеми компетенциями для решения задачи, поставленной ГК «Росатом». Многолетний опыт изучения свойств расплавов, поведения оксидов, взаимодействия жидких металлов с солевыми смесями и других электрохимических процессов позволяет предложить эффективный способ переработки ОЯТ в жидкосолевых реакторах.
О перспективах исследований в этом направлении рассказал заместитель директора ИВТЭ УрО РАН, заведующий лабораторией пирохимических процессов и электрохимических технологий кандидат химических наук Александр Дедюхин (на снимке в центре):
— Одно из главных достоинств жидкосолевых реакторов — их естественная безопасность. Поскольку топливо ЖСР находится в жидком состоянии, в случае нештатной ситуации, например, при разрушении какой-либо части реакторной установки, не происходит существенных выбросов радионуклидов: расплавленная соль затвердевает, охлаждаясь ниже температуры плавления, и «фиксирует» делящиеся материалы и продукты деления. Постоянное удаление газообразных продуктов деления и подпитка свежим топливом снижают риски неуправляемого разгона реактора. Низкое давление в его корпусе также позволяет обеспечить безопасность.
В качестве солевых расплавов в ЖСР обычно используются фториды металлов. В отличие от жидкого натрия они почти не взаимодействуют с водой и не горят, что исключает целый класс аварий, которые возможны в реакторах с жидкометаллическим теплоносителем. По словам заведующего лабораторией, ученые работают в нескольких направлениях, исследуя солевые расплавы на основе фторидов лития и бериллия, а также смеси фторидов лития, натрия и калия (FLiNaK). Это соли с относительно низкой температурой плавления, позволяющие обеспечить рабочую температуру реактора 500-700°C.
— В ходе создания ЖСР (основной разработчик и главный конструктор — Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля) возникает множество материаловедческих задач, которые в том числе призван решить наш коллектив. Основная физико-химическая задача — получение первоначальных, базовых, сведений о свойствах фторидных солей, содержащих делящиеся материалы и продукты деления. Задача эта комплексная, поскольку состав соли существенно влияет на теплофизические и, что особенно важно, коррозионные свойства солевого расплава. Изучение коррозионного поведения материалов, а также управление окислительно-восстановительным потенциалом соли для предотвращения их разрушения — отдельный блок исследований, без которых невозможно создание ЖСР, — подчеркнул Александр Дедюхин.
Особое внимание в ИВТЭ УрО РАН уделяется технологии переработки топливной соли, состав которой меняется во время функционирования реактора. В расплаве накапливаются продукты деления, ухудшающие энергетические параметры установки. Создание прототипа технологии переработки отработавшей топливной соли — одна из ближайших задач.
Елена ПОНИЗОВКИНА
Фото предоставлено ИВТЭ УрО РАН
Нет комментариев