В
чём заключается отличие между радиоактивными отходами и отработанным ядерным
топливом.
Как было
Не могу не воспользоваться этим фактом как поводом для ликбеза. Дело в том, что в СМИ иногда по незнанию, а иногда и умышленно, путают понятия РАО и ОЯТ. Например, стоит только где-то появиться сообщению о транспортировке в Россию ОЯТ на переработку, как тут же «зелёные» поднимают шум, что якобы кто-то там «ввозит радиоактивные отходы» и собирается «превратить Россию в ядерную свалку». Способствует этой путанице и то обстоятельство, что по западной классификации ОЯТ рассматривается как одна из разновидностей радиоактивных отходов. В российской же классификации РАО и ОЯТ – это совершенно разные вещи. И никто никаких радиоактивных отходов в Россию не ввозит – это запрещено законом.
Так вот, в чём разница между РАО и ОЯТ? Поверхностный ответ понятен даже неспециалисту. Отходы – это то, что никаким образом нельзя использовать и можно только тем или иным образом захоронять или утилизировать. А ОЯТ – это то, что можно использовать, пусть не сейчас, но в перспективе (как, например, урановые «хвосты», остающиеся после обогащения урана). Однако, такая классификация несколько искусственна, поскольку можно ли использовать ту или иную вещь или нельзя – это часто бывает вопрос спорный.
Так вот, по российской классификации, под ОЯТ понимают использованные топливные элементы, которые извлекают из реактора. Как известно, уран состоит из двух изотопов – 235-й и 238-й, к цепной реакции способен только 235-й изотоп, которого в природном уране всего 0,7%, что недостаточно для цепной реакции. Поэтому для практического использования уран приходится обогащать (увеличивать в нём содержание урана-235): для бомб – до 90%, для АЭС – до единиц процентов. Уран, используемый в реакторах, помещают в тепловыделяющие элементы (сокращенно твэлы), из которых собираются тепловыделяющие сборки в виде шестигранных стержней, которые и погружают в реактор до достижения критической массы. На начальном этапе эксплуатации такой стержень содержит 95% урана-238 и 5% урана-235. В ходе работы реактора эти 5% урана-235 «выгорают», вместо него остаются продукты деления (как правило, радиоактивные изотопы середины таблицы Менделеева)), и тогда стержень извлекают, и он становится отработанным ядерным топливом (ОЯТ). То есть ОЯТ – это ценный ресурс, в нём содержится: 1) уран-238, 2) радиоизотопы, которые можно химически извлечь и использовать, например, для медицинских целей. И не только для медицинских – металлы платиновой группы, образующиеся в реакторе при делении урана, оказываются дешевле, чем те же металлы, полученные из руды, 3) циркониевая оболочка. То есть в широком смысле слова, ОЯТ – это нечто, содержащее радиоактивные изотопы, которые можно извлечь и пустить в дело.
А вот радиоактивные отходы (РАО) – это, в свою очередь, то, что тоже содержит радиоизотопы (т.е. радиоактивное), но не годится в дело. Под это определение может попасть всё, что угодно – от металлоконструкций разобранного реактора до использованной спецодежды и ветоши. То есть это то, что нельзя использовать на практике, поскольку они дают сильный радиоактивный фон, но при очистить их от этого радиоактивного фона и извлечь имеющиеся там радиоизотопы нельзя. А если и можно, то экономически бессмысленно, поскольку их там мало. Поэтому всё, что можно сделать с радиоактивными отходами – это захоранивать их (предварительно проведя специальные меры по уменьшению их объема и по локализации активности).
А вот ОЯТ можно использовать, и приведенная в начале статьи цифра имеет для нас интерес. Потому что есть предложение о том, где можно использовать уран-238. Предложение состоит в следующем – использовать его как исходное сырье для производства сверхтяжелых элементов. Подробнее об этой технологии и зачем это вообще нужно - см. по ссылке - http://element114.narod.ru/Projects/u_u2011.html
Причём для этих целей получать уран из руды, как это делается для электростанций, будет неэффективно – поскольку, во-первых, даже в самой богатой руде концентрация урана будет на порядки меньше, чем в уже существующем ОЯТ, во-вторых, весь существующий ядерно-топливный цикл имеет целью обогащение урана. А нам оно в данном случае не нужно, т.к. нас интересует именно уран-238. Поэтому надо брать его из существующего ОЯТ. Получается двойная выгода – мы получаем дешевый материал для работы, а общество избавляется от головной боли, что делать с накопившимся ОЯТ.
22 тысячи тонн ОЯТ – это, условно говоря, 10 тысяч тонн урана-238. Пусть для практического решения интересующей нас задачи можно использовать только десятую часть его, т.е, одну тысячу тонн. При использовании этого количества в синтезе сверхтяжелых элементов, допустим, что реальный выход нового делящегося материала составит одну тысячную от этого количества, т.е. 1 тонну. Для сравнения – в бомбе, сброшенной на Хиросиму, количество урана, поучаствовавшего в ядерной реакции, составило 1 кг.
На первоначальные эксперименты по отработке технологий обращения со сверхтяжелыми элементами этого количества хватит. В дальнейшем же (до тех пор, пока не будут созданы технологии синтеза всех необходимых химических элементов, и урана в том числе), придется брать через традиционный ядерно-топливный цикл, или, как вариант – из ОЯТ существующих реакторов.
Опытно-демонстрационные центры по разработке такой технологии можно создавать там, где имеются большие объемы ОЯТ (пристанционные хранилища при АЭС, централизованные хранилища, объекты, выводимые из эксплуатации).
В частности, в качестве одного из вариантов места размещения
могу рекомендовать выводимый
из эксплуатации Кирово-Чепецкий химический комбинат
в Кировской области. Получаемые там сверхтяжелые элементы можно будет использовать
в технологии
прожигания тоннелей при реализации проекта
.