На химфаке МГУ им. Ломоносова предложили новый и, как ожидается, в два раза более эффективный способ извлечения урана‑238 из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Издание «Страна Росатом» выяснило подробности у авторов исследования — доцента кафедры радиохимии МГУ Петра Матвеева и младшей научной сотрудницы Светланы Гуторовой.
Основной задачей, которую поставила перед собой группа ученых, было повышение результативности переработки ОЯТ в замкнутом ядерном топливном цикле. Согласно концепции радиоэквивалентности, в землю нужно вернуть столько же, сколько было получено: активность захороненных отходов должна быть идентичной активности добытого урана. Если ядерные отходы не подвергать обработке, то для достижения этого баланса потребуются сотни тысяч лет. При извлечении наиболее активных элементов этот период значительно сокращается.
В России для выделения урана и плутония из ОЯТ в основном используется PUREX-процесс (от англ. plutonium-uranium recovery by extraction — регенерация урана и плутония посредством экстракции). Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления. На следующем этапе раствор перемешивают с органическим веществом — экстрагентом, который вытягивает уран и плутоний. Как поясняет Светлана Гуторова, у технологии есть недостаток: после PUREX-процесса в водной фазе остаются высокоактивные компоненты — минорные актиниды и довольно большое количество жидких радиоактивных отходов.
В качестве альтернативы ученые предлагают GANEX-процесс (от англ. group actinide extraction — групповое извлечение актинидов). На первой стадии выделяют макроколичество урана, на второй — остатки урана, плутоний, америций, кюрий и нептуний одним потоком, без разделения. GANEX-процесс апробирован в лаборатории Atalante во Франции. Основной недостаток этого варианта — сохранение большого количества сложных и pH-зависимых стадий, для которых необходимо использовать третий экстрагент.
Способ описан в науке довольно давно, но для его реализации не удавалось подобрать селективные экстракционные агенты с высокой емкостью, то есть способные захватывать большое количество химических элементов.
«Раньше считалось, что одна молекула экстрагента притягивает один катион урана, — рассказывает Светлана Гуторова. — Нам же удалось показать, что эффективность процесса увеличивается вдвое благодаря использованию особого вещества на основе фенантролина».
«С точки зрения теории мы открыли фундаментально новый вид урановых соединений и усовершенствованный механизм экстракции с гораздо большей емкостью. Теперь перед нами более масштабная цель — научиться не только вытаскивать уран и плутоний из ОЯТ, но и разделять их в новом механизме экстракции», — делится планами Петр Матвеев.
«В нашей коллективной работе чувствуется глобальная новизна, что воодушевляет, — говорит Светлана Гуторова. — Всегда интересно делать то, что до тебя не пробовал никто в мире: включать нестандартные методы, придумывать нерутинные исследования. Пока мы заняты теоретической частью проекта, продолжаем исследовать возможности этого механизма экстракции. Но я мечтаю о том, что мы доведем проект до конца в теоретическом плане и сможем на практике внедрить его в ядерный топливный цикл».
