В апреле 2021 года госкорпорация «Росатом» и Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН заключили госконтракт на создание технологии и оборудования для пирохимической переработки ОЯТ (отработавшего ядерного топлива) реакторов на быстрых нейтронах в рамках проектного направления «Прорыв».
ИВТЭ УрО РАН — головной разработчик технологии и научный координатор исследований по пирохимии в сотрудничестве с АО «Прорыв», НИИ Росатома, академическими институтами и другими организациями.
Уральские ученые создают оригинальную технологию с использованием расплавленных солей для переработки ОЯТ реакторов на быстрых нейтронах, которая будет реализована на площадке Сибирского химического комбината (Северск) в модуле опытно-демонстрационного энергетического комплекса — ключевого объекта новой технологической платформы ядерной энергетики.
Уникальную реакторную установку на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300 Росатом планирует ввести в эксплуатацию уже в 2028-2029 годах. Как недавно отметил глава Росатома Алексей Лихачев, в России впервые на планете создается реальный объект атомной энергетики четвертого поколения с замкнутым ядерным топливным циклом, выделением из ОЯТ ценных делящихся материалов и изготовлением с их использованием новых партий ядерного топлива.
О новой технологии и последних результатах уральских ученых «Поиску» рассказал научный руководитель направления пирохимической переработки ОЯТ проекта «Прорыв», научный руководитель ИВТЭ УрО РАН доктор химических наук Юрий ЗАЙКОВ.
— В чем смысл и преимущества вашей технологии?
— В реакторах на быстрых нейтронах ядерное горючее (плутоний) производится в том же количестве, в каком и сгорает. Затем плутоний из ОЯТ идет на изготовление новых партий топлива для реактора — таким образом цикл замыкается. Процессы регенерации и рефабрикации топлива основаны на очистке ОЯТ от продуктов деления и введении в очищенную смесь обедненного урана.
Основная задача пирохимической технологии (от греческого «пиро» — огонь) — переработка ОЯТ малой выдержки с большим энерговыделением. Мы используем для этого расплавленные соли — хлориды лития, калия и их смеси.
Солевые расплавы очень стойки к радиационному воздействию и позволяют взаимодействовать с высокоактивным ОЯТ. Прежде всего нужно отделить пирохимическим способом наиболее радиоактивные продукты деления — минорные актиниды — и получить низкоактивное ОЯТ. В очищенную смесь вводится обедненный уран. При этом самые опасные радиоактивные вещества в составе регенерированного топлива возвращаются в реактор, где происходит их сжигание.
Пирохимическим способом можно перерабатывать любые типы ОЯТ со сроком выдержки до одного года, при этом обеспечивается высокая и регулируемая избирательность при разделении делящихся материалов и продуктов деления электролитическими методами.
Благодаря использованию пирохимической технологии существенно сокращаются как жидкие, так и твердые радиоактивные отходы, предназначенные для хранения или захоронения. А расплавленные соли можно применять многократно после их регенерации непосредственно в аппаратах для переработки ОЯТ.
Создаваемая нами технология не имеет мировых аналогов. Она позволяет максимально использовать энергетический потенциал природного урана в замкнутом ядерном топливном цикле, решить многие экологические проблемы, связанные с хранением отработавшего ядерного топлива, и обеспечить лидерство России в мировой атомной энергетике.
— Какие результаты получены на сегодняшний день?
— Мы уже несколько лет ведем исследования по проектному направлению Росатома «Прорыв», инициатором, идейным вдохновителем и научным руководителем которого является Евгений Адамов.
Нам предложили участвовать в создании новой технологии не случайно. Исследования фундаментальных свойств расплавленных солей и процессов, протекающих в них, — одно из основных направлений нашего института, у нас хорошая экспериментальная база, высококвалифицированные сотрудники.
В 2023 году мы завершили создание оригинальной схемы пирохимической переработки ОЯТ, в ИВТЭ уже прошла ее сквозная пооперационная проверка, когда конечный продукт одной операции становится исходным компонентом для следующей.
В ходе проверки использовалось модельное ядерное топливо — уран с добавкой имитаторов продуктов деления. Подтверждена эффективность нашей схемы, определены коэффициенты разделения актинидов и продуктов деления, в том числе благородных и редкоземельных элементов.
На смешанном нитридном уран-плутониевом модельном ядерном топливе протестированы режимы операций высокотемпературной обработки, компактирования, «металлизации» и очистки продуктов «металлизации» от электролита. Это сделано впервые в мире.
Для осуществления этих операций на реальном ОЯТ изготовлена установка, проведены ее тепломеханические испытания в ГНЦ НИИ атомных реакторов (Димитровград).
Многие испытания запускаются на промышленных предприятиях, прежде всего на площадках Сибирского химического комбината (СХК), где создана уникальная экспериментальная база, не имеющая аналогов в России, да и в мире.
На модельном ядерном топливе там успешно идут испытания полнофункциональных макетов опытных и опытно-промышленных аппаратов, которые планируется завершить в 2026 году.
Проведены исследования для создания промышленных радиационно-защитных камер пиропередела модуля переработки опытно-демонстрационного энергокомплекса СХК, синтезированы уникальные радиационно-стойкие смазки и герметизирующие жидкости для роботизированных систем пирохимической технологии и предложено техническое задание для опытного участка по их производству. Все это — импортозамещающая продукция.
Впервые протестированы операции транспортировки и дистанционного монтажа пирохимических установок с помощью манипулятора и средств видеонаблюдения.
Поскольку новые технологии связаны с переработкой высокоактивных материалов, нужны и новые подходы к обслуживанию аппаратов, в которых происходят эти процессы. В решении этих задач мы сотрудничаем с ЦНИИ робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург).
— «Прорыв» не просто инновационный, но в лучшем смысле амбициозный проект. Какое участие в нем принимает молодежь?
— Самое активное. Средний возраст участников — 35-37 лет. Многие молодые сотрудники института — выпускники Уральского федерального университета им. Первого Президента России Б.Н.Ельцина, мы с этим вузом активно сотрудничаем. Я и заместитель директора ИВТЭ по новым технологиям Анна Холкина входим в группу ГК «Росатом» по подготовке молодежных кадров для освоения новых технологий и оборудования. Руководство Росатома уделяет этим вопросам большое внимание.
Проектное направление «Прорыв» — это новые подходы, инновационные отечественные разработки, высокоэффективная и безопасная энергетика, наконец, мировое лидерство России в этой сфере. Такие масштабные проекты всегда привлекают молодежь.
Елена ПОНИЗОВКИНА
На снимке: Младший научный сотрудник лаборатории радиохимии Алексей Шишкин, замдиректора ИВТЭ УрО РАН по новым технологиям кандидат химических наук Анна Холкина и завлабораторией радиохимии кандидат химических наук Вадим Ковров работают с электролизером восстановления оксидного модельного ядерного топлива.
Фото предоставлено ИВТЭ УрО РАН
Нет комментариев