Сергей Барбашев, доктор тех. наук, директор проектов по ядерной энергетике НТЦ «Психея»

barbashev49@mail.ru

Решение проблемы обращения с отработанным ядерным топливом принципиально возможно только на основе использования быстрых реакторов в замкнутом ядерном топливном цикле.

Современная ядерная энергетика, основанная на тепловых реакторах, имеет ряд нерешенных и отложенных проблем, влияющих на темпы развития, структуру и эффективность ядерной энергетики в мировом масштабе.

Важнейшие из этих проблем таковы:

• минерально-сырьевая база по урану, согласно прогнозам, будет не в состоянии обеспечить устойчивое долговременное развитие ядерной энергетики только на тепловых реакторах, так как при этом используется незначительная часть уранового сырья;
• отсутствие технологии надежной изоляции от био­сферы радиоактивных отходов, образующихся в ядерном топливном цикле (ЯТЦ). В первую очередь это касается долгоживущих высокоактивных отходов (ДВАО), к которым относится и отработанное ядерное топливо (ОЯТ), если предполагается его захоронение без переработки и оно декларируется как отходы.
• Решение этих проблем волнует специалистов всех стран, в которых имеются атомные электростанции (АЭС), в том числе и в Украине. В настоящее время многие страны идут по пути так называемого «отложенного решения», то есть долговременного хранения ДВАО в специальных хранилищах.

В ближайшей перспективе единственным технологически достижимым способом, способным обеспечить достаточную степень защиты населения и биосферы от высокоактивных и долгоживущих отходов в течение нескольких сотен лет, является удаление отходов в глубокозалегающие подземные хранилища. Идеология обращения с долгоживущими и высокоактивными отходами в этом случае заключается в их отверждении, длительном контролируемом хранении и последующем захоронении в глубокой геологической формации.

В нескольких странах (Финляндия, Швеция, США) в течение десятилетий разрабатываются программы по сооружению глубинных хранилищ для окончательного захоронения отработавшего ядерного топлива или ДВАО. И хотя идея подземного глубинного захоронения отходов в целях их полной изоляции от биосферы выглядит очевидной, ни в одной стране не начата эксплуатация геологического хранилища.

Организация глубинного захоронения является очень сложной многофакторной проблемой, требующей выполнения в течение длительного времени огромного объема технических и научных работ. Отметим, однако, что основным препятствием является отсутствие абсолютных гарантий долговременной безопасности захоронения, а в настоящее время доказательства безопасности при решении любой экологической проблемы должны быть предельно прозрачны.

Согласно научным представлениям, геологические хранилища для удаления ДВАО должны создаваться в геологических структурах, которые обладают долговременной стабильностью, водонепроницае­мостью, хорошими сорбирующими свойствами для удержания радионуклидов и др. В качестве подходящих сред рассматривают глину, каменную соль, скальные породы: гранит, базальт, туф. При этом горная порода является главным естественным барьером на пути выхода радионуклидов в биосферу. Искусственными барьерами будут засыпка (буферный материал), пеналы и контейнеры, в которые помещаются отходы, собственно твердая матрица (матрица топлива или матрица, в которую при отверждении инкорпорируются высокоактивные отходы).

В совокупности такая многобарьерная система должна изолировать отходы на длительный период времени – до тех пор, пока не произойдет распад опасных радионуклидов. Обычно это время оценивается как 10 периодов полураспада: для продуктов деления это примерно 300 лет, для актиноидов – более 100 тыс. лет. В этом и проявляется суть проблемы. Можно прогнозировать состояние могильника и интенсивность выхода нуклидов из него на несколько сот лет (хотя и в этом случае возникают вопросы при выборе сценариев эволюции, существуют неопределенности в описании процессов, неточности оценки параметров, неполнота знания геологической структуры и, как результат, ошибка в выборе площадки и др.).

Неопределенность в долговременных прогнозах состояния могильника и соответственно – выхода из него радио­нуклидов приводит к тому, что в решении проблемы изоляции радиоактивных отходов важнейшим запрещающим фактором на современном этапе иногда становится социально-политический аспект. Подтверждением тому может служить ситуация с сооружением национального хранилища ОЯТ США Юкка Маунтин.

По мнению ученых и практиков, которые неоднократно высказывались по этой теме на различных конференциях международного уровня, решение важнейшей проблемы ядерной энергетики − обращение с ДВАО − принципиально возможно только в крупномасштабной многокомпонентной ядерной энергетике, основанной на использовании быстрых реакторов в замкнутом ядерном топливном цикле c глубокой переработкой облученного ядерного топлива. В результате становится возможным извлечение индивидуальных радионуклидов или их групп для возврата в цикл ценного энергетического сырья и полезного использования некоторых изотопов. Невостребованные же радионуклиды могут быть захоронены без нарушения природного радиационного баланса.

Под сохранением природного радиационного баланса подразу­мевается такой процесс, в ходе которого через определенный, исторически не слишком большой период времени (приблизительно около 300 лет), суммарная радиотоксичность произведенных в результате эксплуатации АЭС и/или переработки облученного топлива и направляемых на захоронение отходов не будет превышать суммарной радиотоксичности уранового сырья, извлеченного из земной коры для обеспечения АЭС топливом.

В 2011 г. в России стартовал проект «Прорыв», ориентированный на достижение нового качества ядерной энергетики и консолидирующий проекты по разработке реакторов большой мощности на быстрых нейтронах, технологий замкнутого ЯТЦ, а также новых видов топлива и материалов.

Цель проекта – создание ядерно-энергетического комплекса, включающего в себя АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, производства по регенерации (переработке) и рефабрикации ядерного топлива, подготовке всех видов радиоактивных отходов (РАО) к окончательному удалению из технологического цикла и отвечающего следующим требованиям:

• замыкание ЯТЦ для полного использования энергетического потенциала уранового сырья;
• последовательное приближение к радиационно-эквивалентному (по отношению к природному сырью) захоронению РАО.

В 2014 г. на площадке Сибирского химического комбината началось строительство опытно-демонстрационного энергокомплекса в составе реактора на быстрых нейтронах со свинцовым жидкометаллическим теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 с пристанционным ядерным топливным циклом, который снижает потенциальную опасность воздействия на окружающую среду и население на стадиях добычи и обогащения топлива, транспортировки ядерных материалов и захоронения РАО. В рамках энергокомплекса планируется отработать технологии замыкания ЯТЦ, необходимые для ядерной энергетики будущего.

В заключение следует  подчеркнуть, что решение экологических проблем ядерной энергетики жизненно необходимо, и недооценивать всей их серьезности было бы большой ошибкой. Вместе с тем, не стоит от нее полностью отказываться и закрывать атомные электростанции: для многих стран это единственная возможность получать недорогую энергию и при этом не зависеть от условий и политических предпочтений других государств.

 Источник: «Терминал» №4 (798) от 25 января 2016 г.

Оформить подписку на издание