вторник, 31 мая 2011 г.

Кто очистит «фукусимские конюшни»?



На недавней пресс-конференции для средств массовой информации академик Валентин Иванович Сергиенко, Председатель ДВО РАН, директор Института химии ДВО РАН, рассказал о предложениях по утилизации жидких радиоактивных отходов, скопившихся на АЭС Фукусима-1 в результате произошедшей там катастрофы. Эти предложения были высказаны нашими учеными во время поездки в Токио на встречах в ТЕРСО, компании-операторе аварийной АЭС, во время консультаций с помощником премьер-министра Японии, парламентариями. 

Характер работ, имеющих отношение к атомной энергетике, долгое время не способствовал их информационной доступности. Например, не все наши читатели знают, что урановой тематикой в Институте химии ДВО РАН занимаются со дня его образования. О достижения наших химиков в обращении с радиоактивными отходами, которые могут оказаться полезными для наших соседей из страны восходящего солнца, мы беседуем с академиком Валентином Ивановичем СЕРГИЕНКО. 

 В.И. Сергиенко                     Альбом: Химики


– Валентин Иванович, как давно в Институте химии ДВО РАН занимаются созданием сорбционных и каталитических материалов и разработкой технологий обращения с радиоактивными отходами?

– Активная фаза работ по утилизации радиоактивных отходов началась в 1994 году после известного указа Президента России Бориса Николаевича Ельцина. До этого Тихоокеанский флот сливал жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) в Японском море. Но делалось это не стихийно, Сливались слабоактивные отходы, «под винт», в определенных местах в соответствии с разработанными нормами на сброс, чтобы избежать ущерба рыбному промыслу. Проводился контроль накопления радионуклидов в морской биоте. Наши данные радиационного мониторинга показывали, что обстановка нормальная.

Кстати, так было не везде. Хуже дела обстояли на Баренцевом море. Но что интересно, почти 90% в балансе радиоактивного загрязнения Баренцевого моря дал транзитный перенос, а отнюдь не деятельность наших моряков. Для специалистов это не было тайной. В Великобритании на берегу Ирландского моря в Селлафилде стоял атомный комплекс из АЭС и завода по выделению оружейного плутония. За время деятельности этого комплекса в море было сброшено ЖРО активностью свыше одного миллиона кюри. Пятая часть этой активности пришла к берегам северо-запада России.

– В то время вы еще не были «в обойме»?

– Не совсем так, но работающие по этой тематике организации и учреждения действительно образуют своеобразный клуб, в который невозможно попасть «открыв ногой дверь». Как только был объявлен тендер на разработку технологии утилизации ЖРО для завода «Звезда», мы попытались принять в нем участие, но проиграли. Тем не менее, 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 адмирал флота, Главнокомандующий Военно-Морским Флотом Российской Федерации. Финансовая сторона этой поддержки была достаточно скромной, но вот в организационном плане нашим работам с ЖРО был обеспечен «зеленый свет». В Министерстве обороны нас курировал вице-адмирал Николай Никитович Юрасов, начальник Управления государственного надзора за ядерной и радиационной безопасностью Министерства обороны Российской Федерации. Без их помощи успех в наших исследованиях не был бы достигнут. Судите сами: мы работали в Приморье, на «Пинеге», на Камчатке. Нам был обеспечен доступ к объектам, а при необходимости срочной переброски персонала и оборудования мы получали борт командующего ТОФ. Разумеется, флотские дозиметристы, другие необходимые специалисты всегда были в нашем распоряжении. 

– «Пинега» – это что такое?

– Это судно атомного технологического обеспечения, технический транспорт, предназначенный для приема, хранения, переработки и выдачи жидких и твердых радиоактивных отходов. Для апробации разрабатываемой нами технологии мы воспользовались опытной установкой «Барьер», размещенной 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-излучающий 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 двух 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. Предприятием руководит Николай Иванович Лысенко, в прошлом – вице-адмирал, заместитель командующего ТОФ по эксплуатации и ремонту атомных подводных лодок, который активно сотрудничает с наукой, обеспечивает на предприятии флотский порядок и в обозримом времени, я надеюсь, окончательно «закроет» проблемы с ЖРО. 

Проблемы с утилизацией в значительной степени обусловлены тем, что сбор и хранение отходов осуществлялись с нарушением требований 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 емкости очищены, осушены и выведены из эксплуатации. 

– Получается, что наиболее интересным для ученых, с точки зрения поиска подходов и решений проблем ЖРО, был период до образования ДальРАО?

– Ровно наоборот. Именно с образованием ДальРАО работы в нашем институте по тематике ЖРО получили новый импульс. 

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. 

– Значит, наука должна разработать и предложить такие материалы и технологии промышленности?

– Разрабатываем, проводим испытания и предлагаем. Сравнительно недавно Институтом химии совместно с заинтересованными организациями и учреждениями был проведен Международный симпозиум по сорбции и экстракции. Мы стараемся консолидировать усилия ученых и производственников в поиске решений проблем утилизации радиоактивных отходов.

– Валентин Иванович, расскажите немного о новых идеях, сорбционных материалах, применяемых при очистке от радионуклидов.

– Вот такой пример. При проведении плановых операций по промывке парогенераторов АЭС используют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА) или ее натриевую соль – трилон Б. Этот выбор обоснован высокой степенью комплексообразования по отношению ко всем катионам питательной воды и значительным промышленным производством 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 объем. Более перспективно применение технологии селективной сорбции, сдерживаемое присутствием в растворе комплексонов. Для кубовых остатков, например, это соединения радионуклидов кобальта, марганца. Основным приемом разрушения комплексонов 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 радиоактивных 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 свое 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» ферроцианидные 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. Поэтому могу сказать, что мы не видим «проблемных» отходов, которые нельзя было бы переработать. 

– И то, что скопилось в помещениях АЭС Фукусима-1?

– Вне всякого сомнения, мы знаем, как переработать те отходы. Нет одного простого решения, но комбинацией вариантов и подходов, реализованных нами за семнадцать лет, эта проблема решается. Без ложной скромности скажу, что мы умеем находить правильные решения в конкретных ситуациях.

– Как тут не вспомнить слова великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева о том, что установка должна работать не в принципе, а в кожухе!

– Действительно так. Очень хороший результат получается, если специалисты в команде не только понимают в совершенстве химические процессы, но также знают, как сделать этот самый «кожух Менделеева»! Могу привести пример творческого содружества моих коллег члена-корреспондента РАН, доктора химических наук Валентина Александровича Авраменко (он, кстати, эксперт 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 хранению, а указанная схема позволяет использовать сорбенты максимальной емкости и, соответственно, максимальной интенсивности работы.

Их изобретения относятся к способам переработки ЖРО, предусматривающим иммобилизацию, то есть включение радионуклидов в кристаллическую решетку 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, то есть 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. 

– Такие отличные решения, наверное, легко находят дорогу к заинтересованным атомщикам?

– Находят, но не всегда это происходит легко, даже при наличии одобрения Росатома. Есть определенная процедура принятия решения, прохождение документов скорее медленное, чем быстрое, иногда происходят непредвиденные задержки, случается неправильное оформление документов, даже их утрата и так далее. 

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

Внедрение научных разработок – тема для отдельного разговора: насколько избитая, настолько и нерешенная. Но мы все равно пробьемся, и не только на российском рынке! Недавно мы установили рабочие контакты с NUKEM Technologies GmbH. Это немецкая инжиниринговая компания, специализирующаяся на оказании услуг в 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 заинтересовались нашими технологиями и готовы взяться за проработку европейского рынка.

– Валентин Иванович, получается, что заинтересованность в наших технологиях есть как на западном, так и на восточном направлениях?

– Разумеется, заинтересованность есть. 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.

В.И. Сергиенко и автор статьи  Альбом: Химики
 

 
Александр КУЛИКОВ

Комментариев нет:

Отправить комментарий