29 января 2020

В планах США по захоронению отработанного ядерного топлива нашли слабое звено

AP AP

Капсулы из стекла, керамики и стали, в которых правительство США планирует захоранивать отработанное ядерное топливо, оказались небезопасными с точки зрения коррозии. Она действует на них значительно быстрее, чем считалось ранее, сообщила в понедельник пресс-служба университета штата Огайо со ссылкой на исследование в журнале Nature Materials.

"В прошлом, все эти компоненты оболочек для хранения отработанного ядерного топлива тестировались по отдельности. В реальности они будут контактировать друг с другом. В таких условиях сталь начнет очень быстро разрушаться, что породит сверхагрессивную среду, которая будет разрушать и другие материалы капсулы",

- сказал Гу Сяолей, химик из университета штата Огайо в Коламбусе (США), чьи слова приводит пресс-служба вуза.

В отличие от многих других ядерных держав, Соединенные Штаты не планируют перерабатывать отработанное ядерное топливо и повторно использовать его для выработки электроэнергии и других практически полезных целей. Подобные же соображения касаются компонентов ядерного оружия, исчерпавших свой срок годности, на чью долю приходится значительная часть подобных радионуклидов.

В 2002 году Конгресс США принял решение, что все подобные радиоактивные вещества будут перевезены в специальный могильник, который будет создан в толще горных пород на полигоне Юкка-Маунтин, расположенном в штате Невада. На его территории планировалось захоронить около 70 тыс. тонн ОЯТ и прочих радиоактивных материалов.

Эти планы вызвали множество протестов как среди экоактивистов, так и среди многих ученых, местных политиков и представителей Конгресса, в результате чего проект много раз замораживался и возрождался в последующие 18 лет. Строительство могильника так и не началось, из-за чего это топливо и компоненты боезарядов сейчас хранятся на АЭС и военных сооружениях в стальных и бетонных цилиндрах.

Одним из главных камней преткновения в данном вопросе, как рассказывают ученые, выступали капсулы, в которых планировалось хранить радионуклиды. Изначально разработчики Юкка-Маунтин создавали их из расчета на то, что они будут оставаться полностью герметичными примерно 10 тыс. лет. Этот срок вызвало критику со стороны активистов и ученых, порекомендовавших создателям хранилища расширить гарантийный срок до миллиона лет.

Продуктом всех этих дискуссий стали планы по созданию "вечных" капсул, состоявших их нескольких слоев керамики, стекла и нержавеющей стали. Эти емкости, как утверждали их создатели, должны были удерживать в себе стеклообразный сплав из урана и прочих радионуклидов на протяжении всего гарантийного срока с минимальными утечками.

Гу Сяолей и его команда проверили, так ли это на самом деле, изготовив несколько муляжей стекла, в которое будет запечатано отработанное топливо, и проследив за тем, как заполненные им капсулы будут реагировать на хранение в условиях, идентичным тем, которые господствуют в шахтах Юкка-Маунтин.

Эти опыты неожиданным образом показали, что простая комбинация из стекла, керамики и стали очень быстро разрушалась даже без заполнения этих емкостей различными радиоактивными материалами. Для этого было достаточно поместить их в горячий рассол и воздушную среду, где почти не было кислорода.

Сверхбыстрая коррозия капсул, как отмечают ученые, была связана с тем, что атомы железа очень активно взаимодействовали с хлором из рассола, а также с кремнием и другими компонентами стекла и керамики. Процесс их взаимного разрушения изначально шел достаточно медленно, однако он быстро ускорялся по мере накопления ионов железа, хрома, никеля и молибдена в растворе.

Все это, как считает Гу, говорит о том, что нержавеющую сталь стоит заменить на какой-то другой материал, который не будет вступать в реакции с водой и кремнием и приводить к разрушению внутреннего содержимого подобных контейнеров, или же найти способ защитить их от действия воды на протяжении нескольких сотен тысяч лет.