Во всем мире возрос интерес к повторному использованию отработавшего ядерного топлива. Восстановление из него урана и плутония открывает эпоху ядерной энергетики четвертого поколения.

Замкнутый топливный цикл — одно из условий создания ядерной энергетики четвертого поколения. Он подразумевает, что отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) не захоранивают, а перерабатывают, извлекая из него уран и плутоний для нового использования в реакторах. Таким образом увеличивают эффективность атомной энергетики и снижают нагрузку на окружающую среду.

Переработка ОЯТ в общем виде выглядит так. Сначала отработавшие твэлы — тепловыделяющие элементы с ядерным топливом внутри — извлекают из реактора и отправляют в бассейн для охлаждения. После этого они поступают на рубку или резку. Она необходима для того, чтобы получить равномерно измельченное сырье, которое затем будет подвергаться электрохимической обработке.

Следующий этап — отделение и экстракция. Ненужные металлические и иные «мусорные» примеси удаляются с помощью центрифуг и других механизмов, а отработавшее топливо растворяют в азотной кислоте и органических соединениях в специальных колоннах-экстракторах.

Затем полученный раствор разделяют химическим способом на урановые и плутониевые соединения и методом пиролиза получают регенерированный уран и диоксид плутония. Они уже идут на новый цикл использования в ядерной энергетике. Так, восстановленный уран можно обогатить или смешать с природным, диоксид плутония, как правило, становится частью МОКС-топлива — уранплутониевой смеси для тепловых и быстрых реакторов.

Отходы от переработки ОЯТ в зависимости от степени их радиоактивности либо очищаются, либо переплавляются в стекле, запаиваются в цементе или битуме и затем захораниваются.

Первые заводы по переработке ОЯТ для повторного использования появились в Европе и Японии в 1960–70-х годах. В Евросоюзе самыми известными считаются французские предприятия UP2-800 и UP-3 на мысе Ла-Аг, перерабатывающие до 1400 тонн отработавшего ядерного топлива в год. В Китае в провинции Ганьсу есть исследовательский центр, на базе которого проводится переработка ОЯТ. В Индии в 2024 году открыли первый в мире промышленный завод, который способен перерабатывать карбидное и оксидное ОЯТ быстрых реакторов. В США опытный завод по переработке ОЯТ только собираются построить к 2030-м годам. Планируется, что он будет перерабатывать около 100 тонн отработавшего топлива в год. А вот Германия отказалась от переработки ОЯТ из-за перехода на возобновляемые источники энергии.

В России завод по переработке ОЯТ строится в Железногорске (Красноярский край). Там в 2024 году завершилось возведение второго пускового комплекса опытно-демонстрационного центра по переработке отработавшего ядерного топлива. Полностью завод должен заработать уже в 2025 году. Он рассчитан на нагрузку до 255 тонн ОЯТ в год. Необходимость такого производства резко возросла в связи с переходом нашей страны на замкнутый топливный ядерный цикл и скорым введением в эксплуатацию реакторов четвертого поколения на быстрых нейтронах БН-1200M. 

Мы попросили наших экспертов рассказать об особенностях отечественной переработки ОЯТ.

Фото: Алексей Дугинов/Газета «Страна Росатом»