Борис марцинкевич: сага о росатоме, часть 7. топливный цикл.

Предисловие автора: Наименование важное, тема – важная вдвойне, но давайте попытаемся помнить великого Олега Янковского в роли Мюнгхаузена: «Радуйтесь, господа, радуйтесь! Все глупости на Земле совершаются с важным выражением лица!» (С)
«Шмякнул нейтрон по атому»

Давайте сперва от печки – точно так как уже запамятовали, что да как. ЧТО горит в реакторе АЭС? Возможно ответить одним словом – уран, а возможно чуточку подробнее: горит изотоп урана с ядерным весом 235. У 99,27% природного урана в ядре 238 протонов с нейтронами, и данный уран спокоен и стабилен – период полураспада у него, дабы мало не показалось, почти 4,5 миллиарда лет.

Но, как и во всяком солидном, консервативном сообществе, имеется в уране и собственная «оппозиция», она же – «пятая колонна». Что отличает оппозиционеров от позиционеров в политике? А) их мало; Б) они нервные, на месте им не сидится, всегда чего-то нервничают и не осознать, чего желают.

Уран – элемент природный, потому и у него все как у нас, человеков.

Среди массы урана всегда имеется «обиженные» – атомы, которым досталось нейтронов и протонов меньше, чем положено. У физиков имеется для них особое слово – изотоп. При урана речь заходит об изотопе урана-235 – атомы, которых природа обидела на 3 частицы. Нервные. Обиженные. Готовые распасться-разделиться на еще более небольшие куски. Ну, натуральная оппозиция, хоть ты тресни!

Это про уран-235 нам говорили в школе, в то время, когда вбивали в еще слабые умы понятие «цепной реакции». Не забывайте? «Нейтрон шмякнул по атому, выколотил из него сходу два нейтрона, те понеслись дальше, шмякнули уже по двум атомам, выколотили уже четыре» Это про уран, но не про целый, а лишь про уран-235. Уран-238 ведет себя как толстенный чинуша от «Единой России»: около бегают, нервничают, орут плохими голосами какие-то небольшие людишки, а ему – по барабану, он «в поряде».

И в реакторе АЭС уран-238 ведет себя, как напарник Шурика на стройке в исполнении Смирнова: присутствует, но не участвует. Не, ну не так, дабы полностью – случается, что его из равновесия выведут, но об этом еще поболтаем. Случается.

Но редко.

Дабы уран «горел» в реакторе АЭС, в нем должно быть около 4% урана-235. потому уран природный и обогащают: неестественным образом нагоняют в уран «мелочь пузатую», готовую не просто трудиться, а в буквальном смысле гореть на работе. Надеюсь, кто да как обогащает, еще не забыли? Обогатили, запихнули в реактор. Уран-238 – присутствует, но не участвует, уран-235 – «горит». Сейчас давайте взглянуть на то же самое, но с позиций кошелька – то бищь экономики.

Вот из шахты либо карьера выволокли гору урановой руды, в которой самого урана – считанные проценты. Вот руду переработали, взяв горы отвалов, в которых ни черта нет и – щепотку урана. Приволокли его на обогащение, соединили с фтором, загнали в центрифугу № 1. В том месте – 99,3% урана-238 и 0,7% урана-235. Центрифуга № 1 накрутила разделительной работы и – условно – в центрифугу № 2 пришла смесь из 99,2% урана-238 и 0,8% урана-235.

В центрифуге № 1 наряду с этим остался фактически чистый уран-238, что, фактически говоря, никому не нужно. Выгрузили и свалили в «хвост». Тем временем центрифуга № 2 довела содержание урана-235 до 0,9% и передала его дальше. А в ней, елки-палки, опять остался никому ненужный уран-238.

Выгрузили – и также В том же направлении – в «хвост».С позиций экономики – откровенный бардак. Руду добывали, зарплаты платили, механизмы амортизировали, руду чистили от шлаков, электричество тратили, горючее жгли И – горы урана-238 около центрифужных производств.

Кроме того! Стержни с горючим отработали собственный в реакторе, их оттуда достали, дали остыть. ЧТО в них? Да снова уран-238!

Уран-235 сгорел, а данный поприсутствовал и валяется в составе ОЯТ (отработанного ядерного горючего). Не, ну это естественно?! Копаемся-копаемся с ураном, а уран-238 как сначала никак не употреблялся, так и не употребляется до самого упора. Бардак!

Причем бардак и с позиций экономики, и с позиций геологии: мы выгребаем урановую руду, запасы которой конечны на третьей от Солнца планете, но для дела используем лишь 0,7% от общей массы искомого продукта. Изнасилуем месторождения, останемся с горами урана-238, по окончании чего негромко и безрадосно закроем все АЭС.

Кому такая возможность имела возможность нравиться, спрашивается? Нет, американским атомщикам, само собой, по барабану: вырубят АЭС, они отправятся ойфоны делать. А отечественным – куда?!

В трактористы аль грузчики, что ли? Так и в том месте местов нет – Обама так как заявил, что порвал отечественную экономику в клочья, а Обама лгать не станет, он так как не гусь лапчатый, а сам президент самих США. И, очевидно – испугались отечественные атомщики, задрожали от будущей, понимашь, безработицы.

Запрещено же, в действительности, кроме того думать – не то, что сказать! – что в отечественном ядерном проекте собраны лучшие головы, руки и соображалки, что Росатом не то, что на голову, а на 2-3 корпуса впереди «передового Запада». Все – от испуга, от страха перед могучими санкциями могучих ЕС и США. Страха так глубокого, что о расширении топливной базы ядерной энергетики отечественные атомщики начали думать еще во времена СССР.

Думали, трудились, экспериментировали, по крупицам, по миллиметрам отрабатывая и совершенствуя технологии кроме того во времена ЕБНа, в то время, когда все – казалось бы – разваливалось и рассыпалось в прах. Все это – лишь от страха перед санкциями 2014 года, таковой вот временнОй парадокс. Кто не верит в эту стройную догадку – звонить Обаме либо Навальному, они подтвердят, Касьянов печать прикладет.

В случае если без ёрничества, то вопросы были поставлены четко: как и что необходимо сделать, дабы как возможно больше с таким трудом отысканного, с таким трудом добытого, очищенного урана шло в топливный цикл. Как сделать так, дабы трудился и ненужный в хороших реакторах уран-238? Как сделать так, дабы отработанного ядерного горючего было как возможно меньше и дабы остающееся не было так радиоактивно страшным?

Вопросы тем более насущные, что сжигать в топках электростанций газ и нефть – грубо говоря, глупость. Углеводороды – источники химических продуктов, полиэтиленов и пластмасс, смазок и бензинов-керосинов, а мы все это – в печку, дабы позже героически бороться с нарастающими количествами выбросов всяческих угарных и других парниковых газов. Не умно.

Не достойно звания человека разумного.

Предлагаю вычислять это не заметкой, а репликой перед большим «путём » – легко, дабы лучше осознавать, отчего появилась мысль замкнутого ядерного топливного цикла. Дорога будет совсем не маленькой, потому, что нужно будет узнать, как из чего в хороших реакторах появляется плутоний, разобраться с реакторами на стремительных нейтронах с теплоносителем в виде жидкого свинца и жидкого натрия, осознать, что такое МОХ-горючее и что такое REMIX-горючее, из-за чего фабрикация новых видов ядерного горючего не меньше серьёзна, чем новые типы энергетических (энергетические реакторы – это те, каковые ток в сеть гонят, в отличие от экспериментальных и исследовательских) реакторов.

В общем, тема громадная и лично мне думается весьма занимательной. И, честное пионерское, я кроме того не буду подтрунивать над моими любимыми Соединенными Штатами! По весьма несложной причине – их в данной теме нет, причем нет от слова «по большому счету», так что и обсуждать тут нечего.

Но это мне – весьма интересно, а вот нужна ли эта «заумь» еще кому-то?

Варим ядерный «супчик»

От автора: Я давал предупреждение — цикл будет не несложным, очень сильно насыщенным технической информацией. Попытайтесь прочесть, а позже, прошу, израсходуйте несколько мин. на несколько строчков – читаемо ли вот это вот.

В случае если исходить из «хорошего» определения, ядерный топливный цикл – это совокупность всех технологических процессов, охватывающих всю цепочку обращения ядерного горючего. Красиво сформулировано, не смотря на то, что для чего обзывать уран «ядерным горючим», в случае если на сегодня никакого другого нет – не весьма ясно. Возможно, на вырост, в надежде на то, что ядерным горючим станет и плутоний, и торий.

В случае если на пальцах, то цепочка более-менее понятна. Добыть руду. Очистить руду от ненужных шлаков, для получения самого урана. Перевоплотить его сперва в закись-окись урана – желтый кек. Перекинуть на фабрики по обогащению, перевоплотить во фторид урана. Обогатить до тех самых 4% по урану-235.

Фторид перевоплотить в оксид урана, порошок спечь в пилюли. Пилюли «засыпать» в тепло-выводящие сборки, из них организовать ТВЭЛы – тепло-выводящие элементы. Поставить стержни в реакторы, разрешить «прогореть».

Вытащить, разрешить стержням остыть в особом хранилище АЭС. «Остыть» – это я упрощаю, в отработанном ядерном горючем идут всяческие ядерные процессы атомов, каковые появились на протяжении работы реактора. Ну, и в возможности – вывезти в постоянные хранилища ОЯТ.

Так это смотрелось до последнего времени, и именуют этот процесс «открытым ядерным топливным циклом». Звучит красиво, само собой разумеется, но при чем тут слово «цикл»? Цикл подразумевает повторяющийся процесс, а тут он где?

Нет его – это создание и-235 убийство урана гор неиспользуемого урана-238 в чистом виде. «Проклятые расхитители социалистической собственности!», как говаривал Бывалый в незабвенном фильме. Всех под суд за нецелевые траты, Сталина на вас нет и потом по перечню. А, в случае если без шуток, атомщики неизменно замечательно осознавали, что ОЯТ возможно обучиться применять повторно, наполнив слово «цикл» не только звучанием, но и содержанием.

Исходя из этого ОЯТ не пробуют как-то стереть с лица земли, захоронить под 100-метровым слоем бетона, дабы ни радиоактивность до нас не дотянулась, ни мы до ОЯТ. Во всех ведущих государствах «ядерного клуба» хранилища ОЯТ – долгого срока (до 50 лет), но не нескончаемого. Росатом, строя АЭС за границей, в договорах постоянно предусматривает вывоз ОЯТ в Россию, потому, что а) спички детям не игрушка; б) уверен, что это вот отложенное ответ будет удачно осуществлено: циклам ядерного горючего – быть!

Дабы придумать, как создать как раз цикл, нужно прекрасно осознавать, что происходит в реакторе на протяжении «горения» в нем топлива и что получается в следствии.

Да, «горение» я постоянно ставлю в кавычки не просто так. Горение – реакция химическая, в которой в обязательном порядке участвует кислород из окружающей нас атмосферы. А в реакторе все процессы – физические, идут в никакого кислорода и атомов не расходуют в принципе. И «трубы», украшающие АЭС – вовсе не трубы, а так именуемые градирни.

Особые такие устройства для отвода лишнего тепла, но про это позже, пока основное – над градирнями не поднимается дым: все, что мы видим, это самый простой пар. Так что, в случае если какие конкретно гринписовцы либо еще какие конкретно «зеленые» в вашем присутствии будут визжать про «экологическую опасность АЭС» – будьте хороши, передайте им лично от меня подзатыльник, а лучше – два.

Так вот, про «горение» горючего в реакторе АЭС. (На всякий случай – дальше речь заходит о реакторах ВВЭР, а не об РБМК и не о реакторах на тяжелой воде, но и об этом – позже) Самое понятное – то, что неспешно значительно уменьшается концентрация урана-235, потому, что именно он и «горит». Но до полного нуля его не довести – в то время, когда концентрация значительно уменьшается до привычных до боли 0,7%, цепная реакция деления заканчивается сама по себе. А что с ураном-238, что, подлец, присутствует, но не участвует?

Цепной реакции в нем не появляется никогда – такова уж его физическая изюминка. Но один раз – не не это вот самое, что так обожают в Европе. Нейтронов в реакторе носится большое количество, и иногда уран-238 неохотно, лениво, но 1 нейтрон да принимает вовнутрь себя.

И таки происходит целых две ядерные реакции, из-за которых 1 атом урана-238 исчезает, а вместо него образуется 1 атом плутония-239. Логично – было 238 протонов и нейтронов, «приклеился» 1 дополнительный – взяли следующий элемент таблицы Менделеева: плутоний-239. К концу эксплуатации закладки ТВЭЛ количество плутония дорастает до 1%.

Но ОЯТ – это не только уран да плутоний.

Во-первых, уран-235 по окончании того, как по нему шмякнул нейтрон, распадается на куски, каковые так, по честному и именуют: осколочные нуклиды.

Во-вторых, часть урана-235 при ударе нейтрона вместо того, дабы развалиться, принимает его вовнутрь себя, образуя всяческие трансурановые (более тяжелые, чем сам уран) атомы.

В-третьих, появившийся плутоний-239 – юноша очень неспокойный, норовит ядерно реагировать, не отходя от кассы. Стырит нейтрон, покинутый без присмотра – бац, и вот он уже плутоний-240, изотоп. Стырит два – и вот он уже плутоний-241, еще один изотоп.

А воровство не тебе предназначенных нейтронов – вещь и страшная, и азартная, как любое второе воровство. Плутоний-239 умудряется войти в раж и включает собственную цепную реакцию, но его за это не наказывают – он так как теплоотдачу реактора поднимает, пускай и не намного.

Меньше, без поллитры не разобраться – сами видите. Значит, что? Вываливаем в сторонку 1 тонну ОЯТ, вооружаемся мелкоскопом, надеваем свинцовые трусы, потому, что все тут радиоактивно и топаем пересчитывать эту едрен золу. Пинцет, дабы атомы рассортировать, калькулятор – в общем, все дела.

Первое, что видим – очевидно, гора га. Ой, — урана-238, какое-то не то слово вырвалось, простите. Вот пускай изначальное обогащение по урану-235 было 3,3%, другими словами в загруженной в реактор 1 тонне горючего было 967 кило урана-238 и 33 кг – урана-235. Ну и чО? Да ничО – в «золе» 943 кило гумна, то бишь урана-238. Каким ты был, таким ты и остался, в случае если и постройнел – то очень мало.

От урана-235 остался пшик – 8 кило. Еще 4,6 кг – уран-236, но вот он точно не нужен. Так уж оказалось, что изотопы плутония и урана с четными номерами в цепных реакциях не участвуют – шлак. Та-ак, а вот тут интересненько – 8,9 кило плутония. Откидываем его в сторонку, настраиваем мелкоскоп почетче. Что видим?

По 33,3% плутония-239, 240 и 241. 239й и 241й – понадобятся, в них цепная реакция вероятна. 240-й – шлак.

Но плутоний-240 и его 33 и 1/3 заслуживают пары слов. Чертовски нужная вещь! Из-за чего? Ну, обращение так как ведем об простом энергетическом реакторе, что на мирной АЭС стоит, а тут – плутоний. Говорим – плутоний, подразумеваем – едрён-батон. Поставили мирную АЭС в умную Турцию, она ОЯТ зажилила и слепила из него Бомбу.

Каково?! Так вот, благодаря одной трети плутония-240 – кАково: как говорят циничные атомщики, из-за данной одной трети «предсказуемого ядерного заряда изготовить нереально». Так что дорогой отечественный и родненький плутоний-240 не только шлак, но еще и предохранитель от желающих покуситься на создание едрён-батонов. Простите, что отвлекся от ковыряния в тонне «золы», но, согласитесь – узкий момент, что нужно прекрасно осознавать.

Не имеет возможности стать АЭС отправной точкой для атомного оружия, и это – прекрасно. Супротив физики не попрешь, даже если ты весьма умный, не добрый и коварный террорист, потому и возможно тихо расставлять АЭС по белу свету.

Хорошо, возвращаемся к тонне «золы». 943 кг – уран-238, 8 кило урана-235, 8,9 кило плутония в ассортименте. Итого – 959,9. И что тут еще лежит и пахнет – в смысле радиоактивничает? Так-с 35 кило пресловутых осколочных нуклидов – перечислять лениво, мы не на олимпиаде по химии. Все другое – трансурановые элементы с заглавиями прекрасными – нептуний, америций, кюрий Все, поковырялись.

Трусы свинцовые – в сторону, мелкоскоп – на свалку, потому, что он сейчас также радиоактивен. ОЯТ фонит, и фонит сильно, потому, что вот эти вот трансураны и осколки весьма обожают распадаться. Потому ОЯТ выдерживают на особой площадке около АЭС от 3 до 5 лет – лишь затем его возможно куда-то транспортировать либо – в случае если обучиться – перерабатывать.

Нет, ну а что перерабатывать-то? Нужного в том месте лишь 8 кило урана-235 да 9 кило плутония. Как их извлечь из «золы»?

Понимаете, кроме того я пас пересказать словами людскими данный праздник химиков, потому что они обычным языком по большому счету не пользуются. Процесс плутония и выделения урана из ядерной «золы» они назвали Пюрекс-процесс: Plutonium-Uranium Recovery by EХtraction, PUREX. Но экстракция в том месте двойная, позже еще и аффинаж, денитрация и упаривание. Страшно? Да я сам, вслух произнося такое, подергиваюсь!

Но, с второй-то стороны, я так как давал слово людской языком пользоваться и простые аналогии подбирать. на данный момент попытаюсь

Фильм «Чужой» видели? Какие конкретно в том месте славные твари по экрану носились – не забывайте? А они так как также кушать желают, блюда какие-то готовят Нет, не видели такое кино? Ну, давайте представим, что вы откладывали супруге по копеечке на во-о-от таковой красоты лабутены, а позже звоните ей по телефону: «Дорогая, ты ужин готовь, я не так долго осталось ждать буду!

Лишь с лабутенами незадачка оказалась – я тут по дешевке приобрел обалденный коленвал. Ты уж потерпи, через годик приобретём лабутены – ну, в случае если повезет». Представили?

Ужин она, однако, готовить стала, применяв вместо поваренной книги рецепт PUREX.

«Бережно нарезав небольшими кусочками ТВЭЛы, не очищая их от мякоти и кожуры, поместите их в кастрюльку со свежей 100%-ной азотной кислотой и помешивайте золотой ложечкой, пока все кусочки не растворятся. Полученный бульон процедите через ситечко, а после этого добавьте в кастрюльку 30%-ный раствор трибутилфосфата в керосине. Цвет бульона сходу изменится, и кухня наполнится потрясающими запахами, так радующими вашего любимого супруга.

Для придания бульону золотистого цвета непременно плесните в него нитрат аммония и пара ложечек нагретой до кипения 60%-ной азотной кислоты. Через пара мин. осколочные нуклиды превратятся в рафинад, а в бульоне останутся лишь плутоний и уран. К этому времени во второй кастрюльке у вас именно вскипит раствор соли двухвалентного железа, что, по окончании добавления, добавит бульону питательности.

Не примените дополнительно насытить бульон раствором хлора либо серы, подавайте к столу горяченьким».

Мужики! Давали слово жене лабутены – идите и купите сходу две пары, в противном случае так как нельзя исключать, что данный рецепт сейчас будет бродить по просторам Интернета! И это я его еще и упростил – в действительности в ходе переработки применяют не только азотную, но и серную, и плавиковую кислоты. Меньше: химики – смогут, за что честь им и свежий противогаз и хвала в придачу. Смогут – убрать все шлаки, смогут – отделить уран от плутония.

У кого нервы крепкие, смогут удовлетворить любопытство, а кто желает — совсем уж детально. Тут, действительно, на британском, но формулы химических реакций перевода не требуют. Увидим, что трудиться со всеми этими вот ужасными кислотами, щелочами и солями химикам приходится еще и в условиях применения всех мер биологической зашиты от радиации.

И они это – делают!

На освоение разработки Пьюрекс ушел несколько год, но сейчас она освоена как следует, продуманы все меры безопасности. У нас это делают на «Маяке», Сибирском комбинате и на Железногорском горно-химическом комбинате, действуют два предприятия AREVA во Франции и на заводе Селафилд в Англии. Собирались организовать производство японцы, лишь вот тут я, сидя в Латвии, совсем прекратил осознавать, что в том месте и как.

Завод японцы настойчиво строят с 1993 года, передвигая сроки запуска вот уже 23 раза. Хватало бравурное сообщение о том, что весной 2016 – точняк и верняк, да вот лишь зимний период тамошний министерство финансов коротенько перевел срок на конец 2018-го.

Наслаждение называющиеся Пьюрекс дорогое, страшное, но – необходимое. Кроме того – оно может стать еще и очень экспортным, потому, что неприятность ОЯТ стоит перед всеми государствами, имеющими собственные АЭС. В переработке ОЯТ как бизнесе до тех пор пока в первых рядах французы – два завода разрешают им получать миллиарды на переработке ОЯТ Германии, Швейцарии, Голландии.

Росатом отвечает асимметрично: на «Маяке» обучились перерабатывать ОЯТ всех видов – из энергетических реакторов, из реакторов экспериментальных, исследовательских, из реакторов подводных лодок. На СХК смогут перерабатывать ОЯТ из отечественных стремительных реакторов – как из натриевого, так и из «свинцового», задел на будущее делается прямо на данный момент.

Возможно, само собой разумеется, и дальше расписывать подробности переработки ОЯТ, но я бы внес предложение остановиться на констатации главного: радиохимики смогут выделить из него уран, плутоний, трансурановые элементы, осколочные нуклиды по отдельности. Те, кто побаивается радиации, также смогут зафиксировать: все вправду страшное, что запрещено повторно применять никогда, по окончании извлечения из ОЯТ остекловывается, бетонируется и без того потом – чтобы соблюсти все твёрдые нормативы.

В следующих заметках посмотрим, чем ответили физики: как возможно применять то, что смогли в чистом виде выделить для них химики. Дабы не было скучно – отыскал неповторимый фоторепортаж с завода РТ-1, где идет переработка ОЯТ. «Маяк» в наше время – это так как производственное объединение, в составе которого семь фабрик, далеко не на все из которых возможно попасть простому смертному со стороны. Фоторепортаж 2011 года – на данный момент, точно, все стало еще более технологичным.

Но неспециализированное представление о том, как в натуре выглядит все то, что я тут расписывал, глубокоуважаемый Илья Яковлев передал самым наилучшим образом. Эх, мне бы в том направлении попасть, но В общем – израсходуйте драгоценное время, не пожалеете.

ОЯТ

От автора: Прежде, чем продолжить описание замкнутого ядерного топливного цикла, как меня убедили, стоит существенно подробнее поведать о ходе переработки ОЯТ – отработанного ядерного горючего. И я должен дать согласие: так как большинство радиофобии, подогреваемой всевозможными соперниками ядерной энергетики, основана именно на мифе о ужасной вредности ОЯТ, которая легко валит с ног немыслимой радиоактивностью и со дня на сутки сотрёт с лица земли всю планету и нас, «нищасных», вместе с ней. Так что, хоть я сперва и не планировал, а нужно будет написать цикл в цикла – о хранении и о переработке ОЯТ.

С переработкой так как не всегда было все гладко. До того момента, как стали внедрять запатентованный во второй половине 40-ых годов двадцатого века американцем Леанердом Аспреем (Larned Brown Asprey) пьюрекс-процесс, и на Западе, и у нас использовался висмут-фосфатный процесс, созданный в тех же США в первой половине 40-ых годов двадцатого века. Висмут-фосфатный процесс употреблялся, первым делом, для наработки оружейного плутония из ОЯТ, поступавшего с реакторов-бридеров, «заточенных» под создание конкретно плутония-239.

Благодаря ему Нагасаки «порадовал» как раз плутониевый заряд, и тот же висмут-фосфатный процесс употреблялся в СССР для отечественных бомб. И американцы, и мы спешили ковать меч и ядерный щит, исходя из этого руки до освоения придумки Аспрея дошли позднее, чем нужно было.

Память о себе висмут-фосфатный процесс нам покинул весьма недобрую: с 1957 года от Озерска до Пионерска, более, чем на 300 км, протянулся Восточно-уральский радиоактивный след, накрывший собой 23 тысячи квадратных километров и 272 тысячи человек, живших на данной территории.

Атеисты говорят о розе ветров, верующие – о том, что кто-то либо что-то хранит Россию, спорить ненужно: Восточно-уральский след не коснулся Челябинска и Свердловска, городов-миллионников. Но атомное оружие собрало собственную кровавую жатву – в первые же 10 дней погибло от радиации не меньше 200 человек, а неспециализированное число пострадавших оценивается в 250 тысяч людей.

Об этом нельзя не поведать детально – нужно прекрасно осознавать, как такое стало вероятно и все ли сделано, дабы такое ни при каких обстоятельствах не повторилось впредь. Так что рассказ об данной аварии на заводе «Маяк», конечно же, будет. Вот лишь давайте не сходу – сперва попытаемся осознать подробнее, что же такое ОЯТ, как с ним обращаются у нас и за пределами России.

Так что начнем с изучения того, как ОЯТ хранится, а позже уже возвратимся к методам его переработки.

Просматривая сайты «Гринписа» и других борцов за экологию, я время от времени натыкался на расшифровку сокращения ОЯТ как «отходов» ядерного горючего. «Отходы»?.. Давайте еще раз напомню, что мы видим в условной тонне ОЯТ. 924 кг урана-238. Ничего себе, «отход»! Его так как добыли из природной руды, в которой частенько 99% а также больше – безлюдная порода.

Извлекали из шахт/карьеров, очищали механически, химически, перевозили из отдаленных уголков, прокручивали в центрифугах – и вот по окончании всего этого кто-то желает именовать это «отходами»? Блин, никакой совести Дальше – около 8-9 кг урана-235, на котором, фактически говоря, и трудится вся отечественная ядерная энергетика. От 10 до 12 кг – изотопы плутония, которого в природе не существует ни в каком виде, он может «вырасти» лишь в самом реакторе.

945 килограмм в тонне – конкретно нужные вещества, добытые человеком за счет немалых денег и огромного труда. Еще 21 кг – это трансурановые элементы.

«Трансурановые» — это те, каковые тяжелее урана, каковые в природе также не видятся, каковые также вот лишь в ядерном реакторе и «выращиваются». Среди них, например, изотоп нептуния-237 – красивый исходный материал чтобы получить плутоний-238. А плутоний-238 – это база РИТЭГов, радиоактивных источников электричества: плутоний-238, распадаясь, создаёт тепло, а термоэлектрогенератор превращает ее в электричество.

На РИТЭГах трудится аппаратура космических аппаратов, летящих в том направлении, где солнечные батареи уже ненужны. К примеру, РИТЭГ снабжает электричеством марсоход «Кьюриосити» — на данный момент РИТЭГ дает 125 ватт электрической мощности, через 14 лет будет выдавать 100 ватт.

На РИТЭГах трудилась и все еще трудится аппаратура «Вояджеров», аппаратура стартовавшего к Плутону «Нью Хоризонта». И вдобавок РИТЭГи – аппаратура навигационного оборудования вдоль Северного морского пути, трудящаяся годами на берегах морей с страно нежной погодой. РИТЭГи – это работа метеостанций в для того чтобы же рода местах: выставили один раз, и до следующего захода – лет 20-30 в запасе. «Отход»?..

Америций-241 – база измерительных устройств, нужных в самой различной индустрии. Лишь данный элемент делает вероятным, к примеру, непрерывно измерять толщину железных лент, листового стекла. При помощи америция-241 снимают электростатику с пластмасс, синтетических пленок, бумаги при их производстве, он стоит в некоторых детекторах дыма.

Еще перспективнее америций-243 – на нем вероятна цепная реакция при критической массе всего 3,78 кг. Нет, не для бомб, успокойтесь не переживайте. 3,78 кило – это сверхкомпактный реактор, что тихо поднимается на орбиту, откуда и может состояться старт корабля в дальний космос на совсем вторых скоростях, нежели сегодняшние космические аппараты.

Нет, я тут не фантастический рассказ придумываю: в тонне ОЯТ – около килограмма америция-241, из которого и возможно произвести практически килограмм америция-243.

Про трансурановые атомы, про их изотопы возможно говорить и говорить – многие из них увлекательны уже на данный момент, многие открывают самые заманчивые возможности. Так что человека, что обзывает ОЯТ «отходами» хочется осознать и забыть обиду. Хочется – но не можется.

Вся радиоактивная опасность – оставшиеся 30 -35 кг так называемых «продуктов деления».

Цепная реакция – это так как не только «один нейтрон выбил два нейтрона, а те, со своей стороны, еще четыре». Нейтроны нейтронами, а что происходит с атомом, в который оный нейтрон изволил врезаться? От удара атом урана-235 разваливается на части, то же самое делает атом плутония.

Да, имеется еще один «секрет» ядерной энергетики, заслуживающий пары слов.

Не забывайте, как образуется плутоний в реакторе? Иногда «балласт» в виде урана-238 принимает в себя нейтрон и, по окончании двух бета-распадов, преобразовывается в плутоний-239. А плутоний в цепную реакцию вступает еще охотнее, чем уран-235, и он это делает сходу, когда образуется. Плутоний «горит», додавая мощности всем отечественным реакторам – и это прекрасно и полезно.

1% плутония, что, в среднем, содержится в ОЯТ – это тот плутоний, что опоздал «сгореть», а вырабатывается его за время нахождения твэлов в реакторе раза в два больше.

Так вот, вся вредность ОЯТ – это осколки, образующиеся по окончании ударов нейтронов в ядра урана-235 и в ядра плутония. Три – три с половиной процента мерзости и редчайшей гадости в каждой тонне.

Часть этих элементов начинает деятельно «поедать» нейтроны, замедляя реакцию. Часть этих элементов ухудшают прочность топливной пилюли, делая ее хрупкой, а часть – это по большому счету газы, каковые заставляют «распухать» топливные пилюли. И все продукты деления (дальше – легко ПД.

Нет, легко П и Д, не нужно додавать лишние буквы, хоть они и просятся!) – радиоактивны до неприличия. Так что, в то время, когда мы говорим о переработке ОЯТ – мы рассуждаем о том, как сделать максимально надёжными вот эти самые 3 – 3,5% ПД, как применять повторно невыгоревшие реакторный-235 плутоний и уран. На всякий случай повторю, что такое «реакторный плутоний»: смесь из изотопов плутония с номерами 239, 240 и 241.

Плутоний-240 – то, почему плутоний реакторный ни при каких обстоятельствах не станет плутонием оружейным, другими словами то, что делает ОЯТ надёжным с позиций распространения атомного оружия.

Не хочется теоретизировать, давайте просто взглянуть на судьбу твэлов по окончании того, как их достали из реактора. Сборки «фонят» и греются изнутри, потому, что в ПД длятся ядерные реакции. Куда деть такое «счастье»? Ну, не транспортировать же! Вода, самая несложная вода весьма хорошо тормозит нейтроны – вот потому твэлы с ОЯТ и укладывают в особые пристанционные бассейны.

По окончании того, как температура и радиоактивность упадут до значений, каковые разрешают их транспортировать, стержни извлекают, помещают в особую толстостенную тару и везут в особые «сухие хранилища». «По окончании» при водно-водных реакторов – это через три года, меньше запрещено. Транспортировка – это совсем не тривиальная операция. Вложить сборки твэлов во что-нибудь чугунно-свинцовое – так так как вес!

Потому контейнеры легко металлические, но заполнены инертными газами – они и нейтроны поглощают, и охлаждают в один момент. А вот уже сами контейнеры – в транспортно-упаковочные комплексы, где опять сталь, но уже в наборе с бетоном. Достали из бассейна, уложили в контейнеры, в контейнеры вкачали газ, контейнеры упаковали-закрепили в комплексы и лишь затем – повезли.

Лишь так и никак в противном случае.

Куда везут? Сухие хранилища ОЯТ реализованы в Российской Федерации, США, Канаде, Швейцарии, Германии, Испании, Бельгии, Франции, Англии, Швеции, Японии, Армении, Словакии, Чехии, Румынии, Болгарии, Аргентине, Украине. Все остальные страны вынуждены каким-то образом договариваться с ними. Но, чего это я? «Каким-то образом» — да ясно, каким! Деньги.

Вариантов нет.

Сухие хранилища – также громадная тема. Дело тут не столько в качестве, сколько числом. 400 с лишним коммерческих реакторов по миру, много умелых, экспериментальных, исследовательских, прочих авианосцев и реакторов подлодок Ага. 378,5 млн кг ОЯТ – на сегодня, на лето-2016. И 10,5 млн кг каждый год. И 3-3,5% в них – ПД. Я не просто так сказал, что в эту сокращение настырно просятся дополнительные буквы Большое количество. Довольно много.

Потому и хранилищ нужно много, количества им громадные требуются. Другие требования понятны: радиационная безопасность, защита от любых проникновений, максимальная удаленность от больших городов. ПД и по окончании трех лет под водой продолжают активничать – значит, еще и совокупность охлаждения в наборе с совокупностью радиационной безопасности.

В общем, хлопотно, дорого, но вариантов нет.

Давайте чуть подробнее о том, как это организовано в Российской Федерации, потому, что отечественное сухое хранилище ОЯТ (с вашего позволения – потом СХ ОЯТ) введено в строй совсем сравнительно не так давно, и на нем в первый раз применены технологические новинки, делающие его на сегодня неповторимым. И эти слова – не ура-патриотизм с шапко-закидательством, а констатация факта со стороны МАГАТЭ.

Строить СХ ОЯТ в Железногорске, на Горнохимическом комбинате (потом – легко ГХК) начали в далеком 2002, но до активной работы прошло шесть лет: все быстро изменилось по окончании того, как в 2008 году Российская Федерация приняла собственную первую федеральную целевую программу «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на период с 2008 по 2015 годы». Затем была решена неприятность финансирования, и председатель совета директоров ГХК Петр Гаврилов продемонстрировал, что и в отечественные времена трудиться, засучив рукава, выдавая на-горА итог четко по графику и без набивших оскомину денежных махинаций – также возможно.

В декабре 2011 СХ ОЯТ на ГХК (ух ты, какой поток сокращения оказался) был сдан в эксплуатацию. Успели! Уложились ровно в смету – 16 миллиардов рублей, и давайте-ка мы эту цифру зафиксируем поточнее, дабы было эргономичнее сравнивать с затратами в государствах, каковые сейчас принято изящно именовать «западными партнерами». Курс рубля к доллару в 2011 – в среднем 31, так что в СХ инвестировано 516 миллионов долларов.

Количество первой очереди СХ на ГХК – 8,129 млн кг, другими словами математика у нас в Российской Федерации – 6 миллионов 350 тысяч долларов на хранение 1 тысячи тысячь киллограм ОЯТ (очевидно, это лишь начальные затраты).

И слово «успели» с восклицательным знаком – также не просто так. Неприятность была в том, что на производственном объединении «Маяк» не перерабатывалось ОЯТ с реакторов типа РБМК – лишь с реакторов ВВЭР. Соответственно, «влажные» хранилища под горючее с РБМК заполнялись, заполнялись и заполнялись. От переполнения пристанционных площадок выручало громадное «мокрое» хранилище на том же ГХК, но и оно в 2011 было забито под завязку.

На российских АЭС за год вырабатывается 650 тысячь киллограм ОЯТ, и добрая половина из них – ОЯТ как раз с РБМК, не смотря на то, что количественно их намного меньше, чем ВВЭР: разработка реакторов такова, что на РБМК горючее выгорает куда меньше, чем на ВВЭР. Ситуация в 2011 году вследствие этого была очень напряженной. К примеру, «мокрое» хранилище Ленинградской АЭС сейчас было заполнено на 95%: еще одна выгрузка горючего, и АЭС бы было нужно .

Первый состав с ОЯТ из Питера прибыл уже в феврале 2012 – проблему удалось решить, «легко» выдержав график работ с точностью до часов. Ау, космодром Восточный!.. Ищите телефон Петра Гаврилова, напрашивайтесь на лекцию о том, как нужно трудиться. С декабря 2011 года решена неприятность ОЯТ для Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС.

В сухое хранилище перегружают ОЯТ из «мокрого» хранилища самого ГХК, а в него перегружается ОЯТ этих трех АЭС, вылежавшее больше срока, по окончании которого вероятна транспортировка.

Из-за чего как раз ГХК выбран в качестве места для центрального, главного хранилища? Ну, в первую очередь – из-за широкого опыта, наработанного за время работы «мокрого» хранилища и вследствие того что на ГХК запланировано и строится завод по переработке ОЯТ мощностью 1 500 тысячь киллограм в год. Опять прошу обратить внимание на цифры: каждый год российские АЭС выдают 650 тысячь киллограм ОЯТ в год, «Маяк» перерабатывает 600 из них, завод на ГХК будет перерабатывать еще 1 500.

Темп переработки запланирован втрое больший, чем поступление ОЯТ. Для чего? Российская Федерация сможет принимать на переработку ОЯТ с реакторов советского дизайна, а они стоят в Украине, в Армении, Болгарии, Чехии, Финляндии, не говоря уже про новые АЭС, каковые Росатом сооружает по миру.

Мысль очевидна: получать деньги не только на постройке реакторов, обеспечении их горючим, но и на, так скажем, постэксплуатационном участке.

Сухое хранилище отработавшего ядерного горючего на Горно-химическом комбинате в Железногорске

Но имеется и другие обстоятельства, по которым и под хранение, и под перереботку ОЯТ был выбран как раз город Железногорск (что некогда был Красноярском-26). Режим охраны этого объекта выстроен давным-давно и трудится без мельчайших отклонений. Сейсмическая опасность для таких объектов – принципиальный момент, а Железногорск находится в одной из самых надёжных в этом отношении территорий отечественной планеты.

Очевидно, и при постройке про землетрясения никто не забывал: строение СХ способно выдержать удары до 9,7 баллов. Действительно, в истории Почвы таких встрясок в Сибири не было, но в случае если уж делать – так с запасом. И, в полной мере традиционно для русских ядерных объектов, падение самолета на крышу СХ – также учтено.

Как волновались о безопасности радиационной? Было бережно разобрано незавершенное строение завода РТ-2, и на его фундаменте, по окончании тщательных расчетов, выстроили совсем новое. Новое строение – это, на минуточку, 80 тысяч кубов монолитного железобетона.

Но эти стенки лишь, что именуется, внешний периметр – ответственный, но не основной.

ОЯТ приходит с АЭС в особых контейнерах, заполненных инертным газом и в которых «сборки» жестко зафиксированы. На ГХК их укладывают в особые пеналы – снова же заполненные инертным газом. «Сборки» греются , исходя из этого охлаждения не может быть большое количество. Помимо этого, инертные газы всецело исключают коррозию, что также, согласитесь, важно.

Пеналы размещают на стеллажах, причем ставят на дистанции друг от друга, дабы не мешать конвекции воздуха.

Все эти меры вычислены на то, дабы СХ продолжал тихо функционировать при персонала и полного отсутствия электричества – не смотря на то, что я не весьма воображаю, что должно случиться, дабы таковой случай случился. Ну, разве что замыкание масштаба «Красноярский край» утром 1 января Одним словом, НИКИМТ-Атомстрой

Борис марцинкевич: сага о росатоме, часть 7. топливный цикл.

Горизонты Атома (03.05.14): Замкнутый ядерный топливный цикл

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: