Специалистам госкорпорации "Росатом" предстоит к 2020 году отработать технологии, необходимые для решения одной из важных экологических задач в российской атомной отрасли — обезвреживания использовавшегося в ядерных реакторах и потому ставшего радиоактивным графита.
Графит в качестве замедлителя и отражателя нейтронов использовался как в реакторах-наработчиках оружейного плутония и трития, так и в реакторах атомных энергоблоков первых поколений в разных странах мира. Создание эффективных технологий обращения с облученным в реакторах радиоактивным графитом — одна из ключевых задач, которую надо решить, чтобы выводить из эксплуатации такие реакторы, в том числе на АЭС.
Графитовая проблема
На территории России было в разное время построено 13 промышленных уран-графитовых реакторов (ПУГР) для наработки оружейного плутония и трития, уран-графитовый реактор (УГР) АМ первой в мире Обнинской АЭС, два УГР АМБ-100 и АМБ-200 первой очереди Белоярской АЭС, четыре УГР ЭГП-6 Билибинской АЭС, одиннадцать реакторов РБМК Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС.
К настоящему моменту остановлены и ведутся работы по выводу из эксплуатации всех 13 ПУГР, реактора Обнинской АЭС и реакторов первой очереди Белоярской АЭС. Завершается срок эксплуатации энергетических реакторов РБМК и ЭГП-6. В ближайшем будущем перед "Росатомом" будут стоять масштабные задачи по выводу из эксплуатации всех этих реакторов.
Решение вопроса по окончательному обращению с реакторным графитом, то есть по его захоронению, осложняется как наличием в составе графитовых изделий долгоживущих радионуклидов (это, прежде всего, углерод-14 и хлор-36), так и значительными количествами реакторного графита. Суммарное количество облученного реакторного графита в России составляет около 55 тысяч тонн.
Предлагаемая технология
При захоронении облученного графита необходимо обеспечить изоляцию радионуклидов на время сохранения их потенциальной опасности.
Наиболее перспективным способом изоляции графита, по мнению специалистов, станет получение высокоустойчивой полимерной смолы — так называемого компаунда, по существу изолирующей матрицы, в которую графит помещался бы при высоких давлении и температуре в инертной атмосфере.
Среди преимуществ такого подхода называются совместимость компаунда с горными породами в условиях его долговременной изоляции в геологических формациях, исключение выхода летучих радионуклидов, предотвращение выщелачивания радионуклидов из компаунда подземными водами.
В качестве исходного материала (шихты) для компаунда могут быть использованы недорогие природные материалы: глины, цеолиты, перлиты и так далее, которые в процессе изготовления компаунда будут превращаться в алюмосиликатную керамику, совместимую с горными породами возможного пункта глубинного захоронения.
В 2016 году в ходе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) прошло экспериментальное изучение природных материалов для использования в качестве шихты, получены лабораторные образцы компаунда, содержащие необлученный реакторный графит, изучены физико-химические свойства компаундов, выданы предварительные рекомендации по составу и режимам получения компаунда для включения в него облученного графита.
Предстоящие работы
Согласно материалам на сайте госзакупок, предприятие "Росатома" "Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых реакторов" (Северск, Томская область) победило в конкурсе атомной госкорпорации на право выполнения НИОКР "Способ получения высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит".
Цель этой комплексной работы — создать технологию получения компаунда, содержащего облученный графит, методом так называемого изостатического горячего прессования в атмосфере инертного газа — аргона, а также оценить соответствие физико-химических характеристик компаунда критериям приемлемости.
Для этого предстоит сконструировать и изготовить опытную установку для проведения испытаний с облученным реакторным графитом, выдать предварительные рекомендации по составу и режимам получения компаунда. Далее на опытной установке надо будет получить небольшие образцы компаунда с облученным графитом (диаметр образцов — не менее двух сантиметров) и изучить их физико-химические свойства.
В частности, образцы компаундов надо будет испытать на устойчивость к выщелачиванию в воде и растворах, имитирующих подземные воды в условиях пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов.
После этого предстоит разработать технологические решения и исходные данные для создания пилотной установки горячего изостатического прессования по получению высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит (диаметр образцов — не менее полуметра) и разработать техническое задание на ее конструирование.
Все работы предстоит выполнить до декабря 2019 года.