Коллективу Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук с праздниками в этом году повезло: кроме двух профессиональных – февральского Дня российской науки и майского Дня химика – весь 2911 год, объявленный Организацией Объединённых наций Международным годом химии и проходящий под девизом «Химия – наша жизнь, наше будущее», для него особенный – Институт отмечает 40 лет со дня своего образования. К праздникам принято подходить с достижениями, и Институту химии ДВО РАН есть чем гордиться. О достижениях учёных и специалистов в обращении с радиоактивными отходами на страницах газеты Дальневосточного отделения рассказывает председатель Отделения, директор Института химии ДВО РАН академик Валентин Иванович Сергиенко.

— Активно проблемой утилизации радиоактивных отходов Институт занялся в 1994 году. Как только был объявлен тендер на разработку технологии утилизации жидких радиоактивных отходов (ЖРО) для завода «Звезда», мы попытались принять в нём участие, но проиграли. Неудача укрепила в нас решимость работать по этой тематике. С благодарностью вспоминаю поддержку наших исследований военными моряками Тихоокеанского флота, которым командовал в то время Владимир Иванович Куроедов, впоследствии главком ВМФ России. Финансовая сторона этой поддержки была достаточно скромной, но в организационном плане нашим работам с ЖРО был обеспечен «зелёный свет». В Минобороны нас курировал вице-адмирал Николай Никитович Юрасов, начальник Управления госнадзора за ядерной и радиационной безопасностью. Без их помощи успех в наших исследованиях не был бы достигнут. Мы работали в Приморье, на судне атомного технологического обеспечения «Пинега», на Камчатке. Нам был обеспечен доступ к объектам, а при необходимости срочной переброски персонала и оборудования мы получали борт командующего ТОФ. Флотские дозиметристы, другие необходимые специалисты всегда были в нашем расположении.

Для апробации разрабатываемой нами технологии мы воспользовались опытной установкой «Барьер», размещённой на «Пинеге».Через наши фильтры обеспечивалась прокачка ЖРО производительностью 300-400 литров в час. Использовали модифицированные цеолиты и волокно. Было найдено интересное решение: двухконтурные коаксиальные фильтры, включающие в центральной части углеродное волокно, которое собирало цезий (это – гамма-излучающий радионуклид), а стронций (это – бета-излущающий радионуклид) концентрировался на модифицированном цеолите во внешней оболочке фильтров. Такая конфигурация до некоторой степени уменьшала дозовую нагрузку на обслуживающий персонал. На этой установке было обработано свыше 2 тысяч тонн ЖРО.

Разработанную нами технологию мы передали в Дальневосточный центр по обращению с радиоактивными отходами (ДальРАО), помогли производственникам создать участок синтеза сорбентов и до сих пор осуществляем его научно-технологическое сопровождение.

Проблемы с утилизацией в значительной степени обусловлены тем, что сбор и хранение отходов осуществлялись с нарушением требований и нормативов. В результате в составе ЖРО оказались нефтепродукты, элементы средств защиты, морская вода, продукты коррозии конструкционных материалов и прочие примеси. Тем не менее, именно в ДальРАО все проблемные отходы переработаны, ЖРО сложного физико-химического состава «разобраны», протекавшие ёмкости очищены, осушены и выведены из эксплуатации.

При переработке ЖРО особое внимание уделяют извлечению долгоживущих и высокотоксичных радионуклидов, таких как, например, цезий, стронций, кобальт, плутоний и другие. В извлечении радионуклидов цезия и стронция, находящихся в растворах, в основном, в ионном состоянии, очень хорошо показали себя сорбционные методы. Особенно перспективно использование неорганических сорбентов, в связи с их повышенной селективностью к ионам цезия и стронция, а также высокой химической, термической и радиационной стойкостью. Однако широкое применение сорбентов сдерживается отсутствием их промышленного выпуска в достаточном ассортименте, обеспечивающем выбор для очистки растворов сложного солевого состава. Мы занимаемся разработкой таких материалов и технологий, проводим испытания и предлагаем промышленности. Сравнительно недавно Институтом химии совместно с заинтересованными организациями и учреждениями был проведён международный симпозиум по сорбции и экстракции. Мы стараемся консолидировать усилия учёных и производственников в поиске решений проблем утилизации радиоактивных отходов.

При проведении плановых операций по промывке парогенераторов АЭС используют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА) или её натриевую соль – трилон Б. Этот выбор обоснован высокой степенью комлексообразования по отношению ко всем катионам питательной воды и значительным промышленным призводством реагентов. Для утилизации промывных вод традиционно использовали глубокое упаривание, цементирование и битумирование. Так можно перевести ЖРО в форму, пригодную для захоронения, но конечный радиоактивный продукт по-прежнему сохраняет значительный объём. Более перспективно применение технологии селективной сорбции, сдерживаемое присутствием в растворе комплексонов. Для кубовых остатков, например, это соединения радионуклидов кобальта, марганца. Основным приёмом разрушениякомплексонов является окислительная деструкция органических составляющих с помощью тех или иных методов. На Кольской АЭС, например, применяют окисление озоном, для производства которого выстроен отдельный корпус. Этот метод дорог, энергозатратен, да и производительность его оставляет желать лучшего. Мы предложили гетерогенный катализ, ускоряющий окислительную деструкцию нежелательных примесей. Окисление ЖРО происходит в сконструированном нами проточном реакторе при высоких давлениях и температурах. Радионуклид кобальта, который вообще никакими силами невозможно было «вырвать» из крепких объятий ЭДТА, переходит в раствор, а дальше его следует перевести в водонерастворимую, затем в устойчивую форму, обеспечивающую многолетнее и безопасное хранение радтоактивных отходов. Мы решили и эту задачу. Учитывая, что кобальт, железо и никель способны изоморфно замещаться, мы подобрали химическое соединение и необходимые условия, при которых кобальт встраивается в структуру этой шпинели и уже не покидает при длительном хранении своё новое «место жительства».

Очищаемый раствор можно направлять для селективной сорбции цезия на ферроцианидных сорбентах, но ферроцианид «не любит»щелочную среду. Нашли и здесь решение: подобрали нужную углеродную матрицу и «пришили» ферроцианиднве группы. Собрали компактную установку в «железе» и предложили метод очистки среднеактивных ЖРО непосредственно в местах их хранения с использованием разработанных нами сорбентов. Провели опытно-промышленные испытания. Сорбенты позволяют очищать среднеактивные ЖРО до содержания радионуклидов цезия, допустимого к сливу в окружающую среду при высокой, кстати, производительности установки!

Нам приходилось работать с ЖРО от лодочных реакторов, ВВЭР, РБМК, спецканализации, при высоком содержании кислот или напротив – щелочей, при загрязнении нефтепродуктами, фосфатами и так далее. Потому могу сказать, что мы не видим «проблемных» отходов, которые нельзя было бы переработать. В том числе и на японской атомной электростанции «Фукусима-1». Мы знаем, как переработать, то что скопилось в помещениях АЭС. Нет одного простого решения, но комбинацией вариантов и подходов, реализованных Институтом химии за 17 лет, эта проблема решается. Без ложной скромности скажу, что мы умеем находить правильные решения в конкретных ситуациях.

Очень хороший результат получается, если специалисты в команде не только понимают в совершенстве химические процессы, но также знают, как сделать тот самый «кожух Менделеева», в котором установка должна работать, а не в принципе работать. Могу привести пример творческого содружества моих коллег члена-корреспондента РАН, доктора химических наук Валентина Александровича Авраменко (кстати, эксперта МАГАТЭ по обращению с проблемными ЖРО) и доктора технических наук Виталия Георгиевича Добржанского. Они взялись за проверку идеи синтеза сорбционно реагентных материалов в ходе процесса. Сорбционно-реагентная схема имеет преимущество в том, что состав очищаемых растворов непрерывно корректируется в процессе очистки ЖРО для достижения максимальной эффективности извлечения долгоживущих радионуклидов. Известно, что сорбенты стареют, они не подлежат длительному храгнению, а указанная схема позволяет использовать сорбенты максимальной ёмкости и, соответственно, максимальной интенсивности работы.

Их изобретения относятся к способам переработки ЖРО, предусматривающим иммобилизацию, то есть, включение радионуклидов в кристаллическую решётку нерастворимых соединений, кристаллизующихся на поверхности частиц слоя в кристаллический материал, приемлемый с экологической точки зрения. В ходе осуществления процесса через слой частиц пропускают раствор ЖРО. При этом на поверхности слоя в гидротермальных условиях, при повышенных температуре и давлении, синтезируются новые соединения в виде кристаллов, которые иммобилизуют радионуклиды. Скорость пропускания растворов ЖРО через слой частиц подбирается такой, чтобы образование кристаллов на поверхности слоя частиц иммобилизующих радионуклиды обеспечивало необходимую степень очистки от радионуклидов.

Проект одобрен, должно начаться изготовление опытной установки и поставка её на Нововоронежскую АЭС. Принципиальная договорённость с Росатомом достигнута, но финансирование до сих пор так и не открыто.

Внедрение научных разработок – тема настолько избитая, насколько и нерешённая. Но мы всё равно пробьёмся, и не только на российском рынке. Недавно мы установили рабочие контакты с NUKEM Technologies GmbH. Это немецкая инжиниринговая компания, специализирующаяся на окозании услугв области обращения с РАО и ОЯТ, а также вывода ядерных и радиационно опасных объектов, таких как энергетические, исследовательские и промышленные реакторы, предприятия ядерного топливного цикла из эксплуатации. Компания располагает широким спектром референтных технологий в указанной области и опытом выполнения крупных проектов в Западной и Восточной Европе, Азии и России. Они заинтересовалисьнашими технологиями и готовы взяться за проработку европейского рынка.

Внимание зарубежных компаний к нашим достижениям не может не радовать. Но будет обидно, если наши технологии придут в Россию из Германии или из Японии. Очень хочется, чтобы технологии, созданные в России, в первую очередь с максимальной отдачей и эффективностью отработали в родных стенах, а уже потом отправились помогать заинтересованным странам.

Источник: «Дальневосточный учёный», №10, 2011