РАСШИФРОВКА

Одна из главных премий Международной академической издательской компании (МАИК) “Наука” за 2001 год присуждена группе ученых (академик Н.П. Лаверов и соавторы) за цикл статей “Геологические и искусственные барьеры для изоляции актинидов” в журнале “Геология рудных месторождений”. Рассказать об исследованиях, о которых говорится в публикациях, мы попросили одного из лауреатов этой премии, Сергея Владимировича ЮДИНЦЕВА (Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии – ИГЕМ РАН).

Актиниды – это нептуний, плутоний, америций, кюрий и другие трансурановые элементы. Это очень опасные искусственные радиоактивные вещества, которые образуются в процессе работы ядерного реактора. Их так назвали, потому что по химическим свойствам все они близки к актинию. Уран – тоже актинид, однако, так же как и торий, естественный.

Схема рождения искусственных актинидов такова. Для того чтобы получить энергию на атомных электростанциях, циркониевые трубки заполняют таблетками диоксида урана. Трубки соединяют в пучки и помещают в реактор. В процессе реакции значительная часть атомов урана-235 распадается на осколки. При этом выделяется много тепла и возникают нейтроны, которые затем захватываются атомами урана-238. Какое-то ядро захватывает один нейтрон, другому достаются два или три, и так образуются радиоактивные частицы (те самые трансурановые актиниды), которых никогда не рождала природа. Все вместе они составляют смесь, именуемую облученным ядерным топливом. Вопрос в том, что с ним делать, потому что только на атомных электростанциях нашей страны его уже накопились десятки тысяч тонн.

Часть этого отработанного топлива сейчас сосредоточена в особых хранилищах атомных электростанций либо же свозится в централизованные хранилища. Эти помещения достаточно хорошо заглублены, у них мощные стены, толстые бетонные плиты перекрытий, надежная изоляция, и есть надежда, что им не повредит ни случайное падение на них самолета, ни террористический акт, ни какой-либо природный катаклизм. Отработанное ядерное топливо останется там до тех пор, пока мы не найдем решение, что с ним делать.

Вопрос этот небезнадежен. Геологи прекрасно знают, что в глубинах нашей планеты существуют условия, при которых залежи того же урана сохраняются миллиарды лет и не подвергаются никаким разрушениям. Иными словами, имеются какие-то преграды, мешающие урану расползтись в разные стороны. Эти-то преграды и являются сегодня предметом наших исследований. Мы почти уверены, что если глубоко под землей возведем вокруг отработанного ядерного топлива такие же преграды, что и найденные нами в местах залежей урана, то в течение последующих миллиардов лет ничего с ними не случится.

Вторая задача – переработка отработанного ядерного топлива, извлечение из него невыгоревшего урана-235 и наработанного плутония-239, который тоже можно использовать в ядерной энергетике. Запасы урана на планете все же ограничены, а если мы перейдем на источники типа плутония, то у ядерной энергетики добавляются очень широкие перспективы на многие годы вперед. Это очень важно, чтобы не зависеть от природного сырья, а использовать то, что нарабатывается.

Дело это тоже непростое, если иметь в виду очень высокую радиоактивность перерабатываемых веществ. Содержащие их трубки дробятся особыми гильотинами, укладываются в циркониевые корыта, заливаются концентрированной азотной кислотой, много раз промываются, затем производится сепарация – высокоактивный раствор разделяется на уран, плутоний и другие элементы. Кроме нашей страны, этот процесс, который называется ПУРЭКС – от слов “плутоний – уран – экстракция”, – применяется во Франции и Англии. Только подумайте: вы закладываете в печку топливо, а когда оно отдаст заключенное в нем тепло, извлекаете еще больше топлива, чем было загружено.

Долго умалчивалось, что плутоний-239 интересен тем, что его можно использовать в ядерном оружии. Критическая масса этого элемента в 5 раз меньше, чем у урана-235, поэтому плутониевая бомба может быть не 50-килограммовой, как урановая, а пятикратно легче.

Все это было важно во времена гонки вооружений, развернувшейся между СССР и США. За минувшие годы в наших боеголовках накопилось 100 тонн плутония и примерно столько же в США, а теперь мы тонна за тонной сокращаем свои ядерные арсеналы. Уже примерно половину оружейного плутония каждая из наших стран извлекла из боеголовок, чтобы использовать для производства электроэнергии в реакторах новых поколений.

Но вернемся к нашим проблемам.

При экстрагировании остается большое количество жидких радиоактивных отходов, причем они не менее опасны, чем твердые. Проблемой их безопасной утилизации занимаемся и мы в своей лаборатории, и американцы, и специалисты многих других стран.

На первых этапах решения этой проблемы жидкие отходы у нас сливают в непроницаемые железобетонные емкости, в которых умещаются тысячи тонн этих растворов. Однако решение это временное, потому что у американцев, например, даже двойные стенки таких хранилищ начинают разрушаться и происходят утечки опасной жидкости. Ситуацию в нашей стране тоже нельзя назвать блестящей. Оптимальный вариант – высушивать эти отходы и включать в искусственные твердые материалы (консервирующие матрицы), а это очень сложно.

Мы, геохимики, изучаем пути миграции радиоактивных веществ, выбираем участки вблизи месторождений, где утечки не происходят, а значит, заключающие их минералы для этих веществ непроницаемы, и исследуем эти минералы, чтобы прочно зафиксировать радиоактивные вещества. Мы изучаем свойства такой матрицы, а также ищем подземные обстановки для создания глубоких хранилищ, где матрицы с включенными в них радиоактивными отходами могут находиться миллиарды лет без угрозы для окружающей среды. Естественно, из большого круга объектов выбираем лучший.

Мы уже близки к тому, чтобы назвать два или три типа геологических материалов, которые в качестве матриц, с нашей точки зрения, обладают оптимальными свойствами для иммобилизации радиоактивных отходов, и в первую очередь актинидов.

Андрей БАРСУКОВ

© "Литературная газета", 2003