Обновите браузер.

Возможно, вы используете устаревшую версию браузера Microsoft Edge. Обновите браузер, чтобы получить доступ ко всем функциям веб-сайта Busch.

Нейтрализация радиоактивных отходов в вакууме

Изотопное преобразование может заменить могильники для захоронения радиоактивных отходов

Радиоактивные отходы атомных электростанций подлежат захоронению на несколько тысячелетий, прежде чем они прекратят излучать радиацию. Однако изотопное преобразование может нейтрализовать их и сделать в значительной степени безопасными, по крайней мере — принципиально менее опасными. Вакуумные насосы играют ключевую роль в этом процессе.

Изотопное преобразование вместо захоронения — перспективный подход к превращению высокорадиоактивных отходов в нерадиоактивный материал или, как минимум, возможность сократить период полураспада до приемлемых сроков. Одно из главных условий для этого процесса — вакуум.

Период полураспада продолжительностью до 15 миллионов лет

Около 1 % отработанных топливных стержней содержат опасные материалы, в том числе радиоактивный плутоний и другие высокорадиоактивные изотопы, период полураспада которых может доходить до 15 миллионов лет. Сегодня заводы по регенерации ядерного топлива уже перерабатывают плутоний и оставшийся расщепляющийся уран для производства новых топливных стержней. Остальные высокоопасные вещества ранее подлежали практически бессрочному захоронению. Однако существует возможность химически разделить их и подвергнуть физическому изменению (изотопному преобразованию).

Изотопное преобразование применяется в так называемой электроядерной установке (ЭЛЯУ). Ключевой элемент ЭЛЯУ — стометровый ускоритель частиц, в котором протоны разгоняются до скоростей, сравнимых со скоростью света. Во время этого процесса частицы не могут сталкиваться друг с другом. Поэтому специальные вакуумные насосы в установке создают сверхвысокий вакуум от 10–6 до 10–10 hPa.

Целевой распад

Протоны сталкиваются со смесью тяжелых металлов с огромной кинетической энергией, и их ядра разрываются. Это высвобождает нейтроны, которые также поражают частицы ядерных отходов с огромной энергией. Эта бомбардировка запускает множественные процессы распада в атомных ядрах радиоактивных изотопов. В значительной мере они преобразуются в устойчивые — нерадиоактивные — изотопы или в радиоактивные частицы со значительно меньшим периодом полураспада. За несколько циклов можно значительно сократить количество критических изотопов.

По сравнению с делением атомного ядра изотопное преобразование не может выйти из-под контроля. Если протонный пучок выключается, цепная реакция останавливается. В принципе, процесс все еще может генерировать больше энергии, чем необходимо. Над этим уже давно работают в лабораториях. Исследователи изучают ЭЛЯУ в промышленных масштабах с 1990-х годов. Ожидается, что первый прототип системы начнет работать в Японии в 2020 году. Далее, в 2023 году, ожидается начало работы в Моле (Бельгия). Завод по переработке радиоактивных отходов сможет каждый год обрабатывать высокорадиоактивные отходы десяти атомных электростанций. Проблема захоронения радиоактивных отходов наконец-то станет более контролируемой.
Как перерабатываются тепловыделяющие элементы?

Отработанные топливные стержни содержат 95 % урана и 1 % плутония. Сначала их механически измельчают, а затем растворяют в азотной кислоте. Химические реакции разделяют уран, плутоний и другие оставшиеся материалы. Около 10 % урана можно повторно обогатить для использования в новых топливных стержнях. Плутоний также перерабатывается для ядерного топлива.

Однако после процесса переработки остается около 90 % отходов, которые содержат радиоактивные изотопы разных элементов — от мышьяка до тербия. Из этих радиоизотопов все же можно выделить небольшое количество материала для использования в качестве радиоактивного источника в медицинских и научных целях. Оставшиеся отходы последовательно разделяются на радиоактивный материал низкого, среднего и высокого уровней. Около 70 % составляют высокорадиоактивные отходы, а 1 % — это трудноудаляемые отходы, которые без изотопного преобразования в некоторых случаях подлежали бы захоронению на миллионы лет. Благодаря переработке удалось значительно сократить объем радиоактивных отходов, которые подлежат захоронению на несколько тысячелетий.