5.Переработка оят.
Традиционный ПУРЕКС-процесс, который сейчас используется всеми странами, развивающими атомную энергетику и перерабатывающими ОЯТ (Францией, Англией, Россией, Японией, Индией), не является оптимальным – прежде всего, с точки зрения экологической безопасности. По этой технологии ОЯТ растворяют в шестимолярной азотной кислоте, что приводит в дальнейшем к образованию больших количеств РАО.
Для создания экологически более безопасной технологии необходимы глубокие фундаментальные исследования, а для контроля процессов переработки ОЯТ – современные аналитические методы. Этими проблемами занимаются многие российские радиохимики, в том числе и в нашей лаборатории.
Так, установлено, что новые материалы – достаточно недорогие наноуглеродные трубки – являются эффективными сорбентами различных радионуклидов из технологических и природных растворов. Свойства сорбентов могут быть значительно улучшены с помощью ионных жидкостей, которые в настоящее время широко исследуются во многих странах мира. С их помощью на сорбентах могут быть закреплены различные органические лиганды, специфические к тем или иным ионам актинидов, что приводит к повышению селективности таких сорбентов. Это новое направление мы разрабатываем совместно с сотрудниками ПО «Маяк».
Помимо совершенствования ПУРЕКС-процесса необходимы исследования и совершенно другие подходы к созданию современных технологий переработки ОЯТ; над этими проблемами сейчас активно работают в России, Японии и других странах. В наших работах показано, что облученное топливо, вместо использования концентрированных растворов кислоты, можно растворять в воде с pH=7-8 в присутствии ионов двухвалентного железа. Ионы железа окисляют плутоний и уран до шестивалентного состояния и они переходят в раствор, что существенно уменьшает объем образующихся РАО. При проведении экстракционных процессов в качестве растворителя можно использовать экологически безопасный сжиженный CO2. После окончания процесса и при понижении давления диоксид углерода выделяется в атмосферу, не образуя никаких отходов. Таким образом, решение проблемы РАО существенно упрощается.
В мире пока еще не создано промышленных технологий по «сухой» переработке ОЯТ. Это обусловлено, во-первых, сложностью работ при высоких температурах. Во-вторых, летучие галогениды урана и плутония, образующиеся при такой переработке, являются очень агрессивной средой.
Сейчас, когда появились новые материалы, реально говорить не только о чистых водных или «сухих» методах переработки, а об их комбинации. Так, в НИИАР создан комбинированный метод, когда уран и плутоний переводят в газовую фазу – растворяют при высокой температуре за счет хлорирования – и затем используют электролитические процессы или известные и хорошо проработанные водные методы.
В любом случае переработка ОЯТ – дорогой процесс. С другой стороны, учитывая ограниченность запасов природного урана, делящиеся материалы необходимо возвращать в топливный цикл. Тем более, если речь идет о плутонии – дорогостоящем материале, который можно использовать в составе смешанного топлива. Другого пути нет. И именно на основе фундаментальных достижений радиохимии у нас в стране создается такой замкнутый топливный цикл.
До сих пор остается до конца не решенной проблема высокоактивных отходов. На ПО «Маяк», например, накоплено около 1 млрд Ки высокоактивных РАО. Причем в них содержатся такие долгоживущие и опасные радионуклиды, как трансплутониевые элементы – америций, уран, остатки плутония. Как ни сложны процессы переработки ОЯТ и обращения с РАО, все равно отдельные атомы этих элементов могут попадать в окружающую среду.
Поскольку доля радиоактивных веществ в таких отходах составляет не более 1% по весу, прежде всего, необходимо освободиться от неактивных примесей. Таким образом, первой задачей радиохимиков является выделение самих радионуклидов из РАО (процесс фракционирования), чтобы затем включить их в надежные матрицы (наиболее устойчивые – минералоподобные) и поместить в глубинные геологические формации, защитив матрицы с включенными нуклидами несколькими искусственными и природными барьерами безопасности.