принципиально нового. Достаточно посмотреть на природные модели. Что такое природный вариант захоронения РАО? Это месторождение радиоактивных руд. В пределах Сибирского региона было открыто и разведано более 30 месторождений урана (и это только те, которые мы знаем). Возраст отдельных месторождений может составлять и сотни тысяч, и миллионы лет.
В частности, известное всем специалистам месторождение Пригородное, которое расположено в 35 километрах от Новосибирска. В нем, по оценкам, более тысячи тонн урана, которые спокойно лежат на расстоянии каких-то 50 метров от поверхности. Это месторождение разведано, и на данный момент его разработка нерентабельна. Поэтому, что касается безопасности подземных захоронений, сама природа подсказывает, что это возможно. Более того, среди этих месторождений есть такие, которые даже подняты на поверхность и активно размываются. Объемы выноса урана из них огромны. Их сложно даже сравнивать с промышленными отстойниками, настолько несопоставим масштаб.
- Какие методы хранения радиоактивных отходов являются наиболее оправданными?
- Долговременное хранение высокоактивных отходов (ВАО) в жидком виде крайне рискованно, поэтому в качестве основного принципа долговременного экологически безопасного захоронения ВАО, как я уже говорил, МАГАТЭ провозгласило необходимость их связывания в составе специальных материалов - консервирующих матриц. Однако в связи с тем, что общепринятого подхода к отверждению РАО пока нет, большинство стран продолжает или накапливать жидкие радиоактивные отходы, или в том или ином виде сбрасывать их в окружающую среду.
Долгое время в качестве отверждающих матриц испытывались (и отчасти применялись) боросиликатные и фосфатные стекла. Такие работы проводились и России в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) под руководством академика Н. П. Лаверова. На предприятии 'Маяк' ставили печи, в которых готовили стекла, а затем в расплав добавляли соли радиоактивных элементов, полученные при выпаривании ЖРО. У этого способа есть серьезные недостатки. Это происходит при высоких температурах, поэтому полностью изолировать окружающую среду от попадания радиоактивных паров и аэрозолей проблематично. Они отличаются недостаточной химической стабильностью и низкой сопротивляемостью к гамма-излучениям. Кроме того, бор и фосфор сами по себе являются кислотообразователями, что предопределяет относительно быстрое разрушение таких матриц в природной среде в контакте с текучими и застойными водами. Да и сами печи после непродолжительного использования превращаются в радиоактивные отходы, с которыми тоже надо что-то делать. В конце концов, даже разработчики признали бесперспективность этой технологии.
Был предложен также ряд способов создания губкоподобных алюмосиликатных материалов, позволяющих попеременно заполнять их растворами сорбентов и солей радионуклидов с многократным выпариванием жидкостей. Однако консерванты этого типа не исключают миграцию радионуклидов при наличии в их составе радикалов сильных неорганических кислот.
Модное сейчас направление - это поиски и испытания множества минеральных форм (на основе оксидов Al, Ti, Zr и др.), весьма устойчивых в условиях выветривания. Автором этого направления можно назвать австралийского ученого А.Е. Рингвуда, который первый предложил включение элементов ВАО в полифазные титанатные керамики Synroc на основе цирконолита, голландита, перовскита и оксидов титана. Эта технология активно изучается на предмет пригодности для иммобилизации в них ВАО, в том числе и в нашей стране в уже упомянутом ИГЕМе под руководством академика Н.П. Лаверова. Но способ масштабного связывания радионуклидов в таких матрицах не очень хорош из-за дороговизны производства, ведь образующие матрицы оксиды (Nb, Ti, Zr и т.д.) стоят достаточно много. Технология получения таких матриц тоже весьма затратна. Поэтому, учитывая количества наработанных отходов, это скорее экспериментальное направление, так как на сегодняшний день сложно представить пути для его промышленного воплощения.
Предложения использовать в качестве скрепляющего материала битумы и другие органические композиты также встречают возражения из-за их недолговечности, окисляемости и пожароопасности.
Есть и более экзотичные варианты, например, метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза: выпаренные РАО смешиваются с металлическим алюминием и пероксидом бария в качестве горючего, а также с окислами кремния и циркония в качестве матрицы. В результате получается своего рода бенгальская свеча, которую поджигают, а после сгорания, по замыслу авторов, остается остеклованный кирпич, готовый к консервации.
В нашем институте был предложен свой, наиболее оправданный, на наш взгляд, вариант матрицы. Под руководством Виктора Прокопьевича Ковалева был выполнен ряд исследований, доказывающих, что наиболее пригодными для консервации матрицами являются химически стойкие алюмосиликатные керамики и стекла, характеризуемые большой насыщенностью, прочными ковалентными связями каркасов, 'запечатывающих' радионуклиды. Кремнекислые стекла стойки к ионизирующим излучениям, а на авторазогрев отвечают не раскристаллизацией и растрескиванием, а размягчением и пластическими деформациями. Наши матрицы прошли разнообразные испытания на радиолитическую, химическую и механическую стойкость, и защищены патентами.
- Расскажите более подробно о стекловании, для чего его применяют при обращении с РАО?
- Что такое стеклование? Это нагрев до высоких температур и быстрое охлаждение, когда в материале не успевает сформироваться кристаллическая структура, а получается аморфная структура. У стекла есть существенное преимущество: оно не позволяет компонентам выщелачиваться. Есть очень хороший пример. Когда мы берем образец гранита, растираем его в пудру, то можно относительно легко выщелачиванием перевести уран в раствор. Если мы этот же образец расплавим, потом резко охладим, превратив его в стекло, потом измельчим в пудру той же размерности, то при тех же самых опытах у нас выщелачивания практически не происходит.
Дело в том, что при их контакте с кислыми водными растворами (обычными в окружающей среде) появляется слаборастворимая кремниевая кислота, которая легко полимеризуется и образует сильно адсорбирующие гели, которые, с одной стороны, препятствуют дальнейшему растворению стекла, а с другой, тут же связывают выделяющиеся радионуклиды. Природные аналоги таких матриц, роговики, могут оставаться неизменными десятки и сотни миллионов лет.
- Получается, это очень эффективный метод. Почему им тогда не пользуются повсеместно?
- Причин много. В условиях открытого топливного ядерного цикла проблема отверждения ЖРО не стоит так остро. К тому же, в конце 90х гг многие были уверены, что ядерная энергетика прошла свой пик, и теперь пошла на спад. Если вы поднимите материалы, то увидите, что многие европейские правительства отказывались от АЭС, реакторы не строились и даже не планировались, активисты Greenpeace считали, что полный отказ от ядерной энергетики не за горами. В таких условиях для Европы разрабатывать технологии по консервации РАО считалось бессмысленной тратой времени и денег.
В Советском Союзе нашли более простое решение. В Томске отходы, как я уже говорил, закачивали в подземные горизонты, а в Озерске (предприятие 'Маяк') сливали в озеро Карачай. Существовавший подход 'цель оправдывает средства' позволял откладывать решение проблемы отходов на будущее.
После перестройки, когда у нас эта проблема получила огласку, предприятия стали задумываться о будущем. Но проблема в том, что наша ядерная энергетика обременена наследством Холодной войны, когда главной целью была наработка оружия. Большая часть отходов, а также большинство аномалий и загрязнений - это следы давно минувших дней. К тому же, предприятия принадлежат государству. И когда контролирующие органы требовали что-то предпринимать, атомщики вполне обоснованно разводили руками, ссылаясь на отсутствие государственного финансирования. Для того чтобы решить проблему обращения с отходами, предприятиям нужно раскошеливаться, осваивать новые технологии, получать лицензии, а зачем это делать, если пока можно отложить этот вопрос? Так или иначе, когда-то придется уделить внимание и средства этой проблеме. Сейчас все ждут принятия закона об обращении с ядерными отходами, будем надеяться, что с его вступлением в силу практика откладывания решения проблемы отходов на будущее прекратится.
- Каким образом возможно вторичное использование радиоактивных отходов? Все ли виды
