Главная страница | English | Бюллетень "Гражданская инициатива" | Публикации | Ссылки | О нас | Пишите нам | Карта сайта
N2(6) 2000 г. | ![]() |
Содержание < Предыдущая статья | Следующая статья > |
Вы просили рассказать
ПЛУТОНИЙ В МАТРИЦЕ. ЭТО РЕАЛЬНО?
Читатель бюллетеня "Гражданская инициатива" П.Афанасьев в своем письме в нашу редакцию просил рассказать несколько подробнее об иммобилизации плутония, о том, насколько надежен этот метод захоронения опаснейшего радиоактивного вещества и сделаны ли какие-то реальные шаги в этом направлении?
Вопрос читателя очень актуален. В этом редакция бюллетеня убедилась уже вскоре после того, как наш "Центр содействия гражданским инициативам" объявил о проведении просветительской акции "Обратная сторона "плутониевого счастья". Тогда руководство НИИ атомных реакторов собрало пресс-конференцию. Вместе с первыми лицами и ведущими специалистами этого атомного центра в ней участвовал и бывший директор НИИАРа, ныне первый заместитель министра по атомной энергии В.Б.Иванов. Выступая перед собравшимися журналистами и представителями общественных объединений региона, он усиленно пропагандировал идею об использовании оружейного плутония в реакторах для выработки электроэнергии. А вот вариант иммобилизации плутония, то есть перевод его в стеклообразную или керамическую матрицу в смеси с высокоактивными отходами с последующим захоронением в глубокие геологические формации (за этот вариант выступают многие прогрессивные ученые, экологи, представители неправительственных объединений), первый замминистра явно не одобряет. По его мнению, такой метод ненадежен, так как извлечь плутоний, заключенный в матрицу, вполне можно. И такой эксперимент, как сообщил В.Б.Иванов, недавно был проведен в одном из российских НИИ. Причем обработке здесь подвергалась матрица с плутонием, изготовленная в США.
Однако, говоря о возможности излечения плутония из матрицы, В.Б.Иванов умышленно или случайно умолчал о том, какими большими затратами оборачивается этот процесс, о других важных сторонах. Вот почему мы решили опубликовать интересную статью, авторами которой являются известные американские специалисты. Эта статья (с некоторыми сокращениями) взята из "Ядерной энциклопедии", изданной благотворительным Фондом А.А.Ярошинской.
ОБРАЩЕНИЕ С ОРУЖЕЙНЫМ ПЛУТОНИЕМ
Оружейный плутоний и высокообогащенный уран, широко используемые в период "холодной войны", ныне поставили перед ядерными державами серьезную проблему обращения с этими токсичными и долгоживущими ядерными материалами. Ежегодно в США демонтируется около 1400, а в России 1500-2000 ядерных боеголовок, в результате высвобождаются десятки тонн оружейного плутония и высокообогащенного урана. При этом ни и одной стране нет соответствующей программы обращения с ними.
ВОПРОСЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Решение проблемы обращения с делящимися материалами неразрывно связано с возрастающим риском контрабанды этих материалов из стран бывшего СССР, а также с необходимостью скорейшего начала работ в России и США по переводу оружейного плутония в форму, исключающую его применение в военных целях. В пяти странах (Великобритания, Индия, Россия, Франция и Япония) продолжают работать радиохимические предприятия по переработке отработанного ядерного топлива, производящие энергетический плутоний, который, не являясь наилучшим материалом для ядерного оружия, тем не менее может быть использован для создания ядерного заряда. Ожидается, что в течение следующих одного-двух десятилетий общее количество заскладированного энергетического плутония превысит суммарный объем оружейного плутония, высвобожденного из демонтированных ядерных боеголовок США и России. Энергетический плутоний представляет не меньшую опасность, чем плутоний из ядерных боеголовок. В настоящее время США - единственная ядерная держава, отказавшаяся от производства как энергетического, так и оружейного плутония.
Эффективность различных вариантов обращения с оружейным плутонием следует оценивать, используя следующие критерии.
Никакая стратегия обращения с оружейным плутонием не приведет к достижению этих целей в равной степени.
Например, условие максимального усложнения возможного повторного извлечения плутонии может противоречить требованию максимально быстрого его преобразования и форму, исключающую применение в военных целях.
СМЕШАННОЕ ТОПЛИВО И ОСТЕКЛОВАНИЕ
Представители ядерного комплекса США выступают за использование плутония в составе смешанного оксидного топлива для ядерных реакторов (англ. Mixed Oxide - МОХ). Осуществление этого варианта может не только легализовать применение плутония в ядерной энергетике, но и привести к срыву усилий по прекращению переработки отработанного ядерного топлива в мире. Если будет разрешено использовать смешанное оксидное топливо и появятся заводы по его производству, возникнет необходимость в перерабатывающих предприятиях для обеспечения реакторов плутонием на будущее.
Наилучшей альтернативой смешанному оксидному топливу как способу обращения с плутонием является остеклование, или витрификация - производство технического стекла, заключающееся в смешивании плутония с расплавленным стеклом, в результате чего образуются остеклованные блоки. Остеклование плутония (т. е. обращение с ним как с одним из видов радиоактивных отходов) имеет еще и то преимущество, что позволяет рассматривать его не как "богатое наследство", а как опасный материал, энергетический потенциал которого не следует использовать, даже если бы плутоний доставался "бесплатно". Если предположить, что необходимое число опытных заводов будет построено за два года, то весь избыточный плутоний можно будет остекловать в течение десяти лет.
По данным Национальной Академии наук США, масштабное использование плутония в составе смешанного оксидного топлива в течение ближайшего десятилетия не начнется, поскольку в США пока нет завода по изготовлению такого топлива и реакторов, на которых его было бы разрешено применять.
Проблема обращения с делящимися материалами не имеет какого-то одного и предпочтительного решения. Технология остеклования имеет некоторые преимущества по таким критериям, как риск нераспространения, возможность быстрого осуществления, но и для ее воплощения требуется разрешить некоторые технические проблемы. Технология остеклования плутония не была испытана в промышленных масштабах, но она базируется на двух широко распространенных технологиях - это производство технического стекла и переработка плутония. Кроме того, Франция имеет десятилетний опыт остеклования высокоактивных РАО. У США такого опыта нет: пуск завода по остеклованию высокоактивных отходов, построенного в Саванна-Ривср (штат Южная Каролина), многократно откладывался. Теоретически для превращения плутония в вещество, непригодное для оружейного использования, могут быть применены различные материалы - керамика, цемент, металлические покрытия, синтетические материалы, а также различные виды стекла. Однако все они, за исключением, стекла, находятся в стадии научных разработок. В 1982 г. Департаментом энергетики США в качестве основного материала для завода по переработке отходов в Саванна-Ривер было выбрано боросиликатное стекло, которое обладает способностью продолжительно удерживать радиоактивные отходы во многих геологических формациях. Поэтому оно является наиболее перспективным материалом и для остеклования плутония.
Плутоний в металлической форме, содержащийся в ядерных боезарядах, химически активен и взрывоопасен, поэтому не может быть подвергнут остеклованию сразу, а путем химической переработки должен быть преобразован в более стабильную форму (например, диоксид плутония) одним из следующих способов.
Новая технология, разработанная в Ок-Риджской национальной лаборатории (штат Теннесси), обеспечивает условия для окисления плутония, находящегося в смешанном виде с расплавленным стеклом. Это достигается посредством добавления оксида свинца в расплавленную смесь. Металлический плутоний реагирует с кислородом оксида свинца, образуя оксид плутония, а расплавленный свинец, нерастворяемый в стекле, осаждается на дно плавильной печи. Этот свинец можно снова окислить и использовать повторно. Данный способ остеклования плутония прошел проверку в лабораторных условиях и может быть особенно полезен при остекловании осколков плутония. Важным параметром процесса остеклования является количество плутония на единицу веса стекла, поскольку от этого зависит число изготавливаемых стеклянных блоков. Это будет влиять на затраты и время остеклования определенного количества плутония. Для диоксида плутония верхний предел его растворимости в боросиликатном стекле составляет 7 % веса стекла. По данным специалистов компании "Вестингауз" (Саванна-Ривер), исследовавших вопросы остеклования плутония, при непревышении этого предела не будет риска достижения критической массы. Уровень высвобождения энергии при достижении порога критичности может быть достаточно высок, что создаст угрозу безопасности персонала и целостности контейнера с плутонием. При концентрации плутония в каждом стеклянном блоке выше 7 % будет также легче извлечь плутоний и вновь использовать его для оружейных целей.
Принимая во внимание соображения, связанные с нераспространением оружейных делящихся материалов, следует стремиться к понижению концентрации плутония в боросиликатных блоках, опираясь не только на технические критерии. Для того, чтобы сделать обратную операцию извлечения плутония из стекла сложной и дорогостоящей, до или в процессе остеклования плутоний можно смешать с другими материалами. В докладе Национальной академии наук США рекомендуется смешивать плутоний с продуктами деления, чтобы сделать стеклянные блоки высокоактивными, и тогда выделение плутония из них будет весьма трудоемкой операцией. Но этот подход имеет недостатки. Потребуется создать дорогостоящую систему зашиты персонала от радиации в процессе остеклования и тем самым отодвинуть на некоторое время (около десяти лет) все операции по остеклованию плутония. Можно смешать плутоний с цезием-137, который является сильным гамма-излучателем. Поскольку период полураспада цезия-137 (около 30 лет) почти в тысячу раз меньше, чем плутония (более 24 тыс. лет), через несколько сот лет извлечь плутоний из такой смеси будет достаточно просто. Для повышения сложности химического извлечения плутония из стекла, перед остеклованием его можно смешивать с ураном. Добавление обедненного урана сделает смесь неприменимой для оружейных целей. Можно использовать также торий-232. Поскольку торий-232 и обедненный уран менее радиоактивны по сравнению с продуктами деления, не потребуется создавать мощной системы радиационной защиты. Определенную привлекательность для смешивания с плутонием имеют редкоземельные элементы (например, европий и гадолиний), которые обладают химическими свойствами, сходными с актиноидами. Даже если смесь плутония с редкоземельными элементами удалось бы извлечь из стекла с помощью химической переработки, использовать ее для создания ядерного заряда практически невозможно, поскольку критическая масса такой смеси очень велика и требуется дополнительная дорогостоящая переработка.
Чтобы удовлетворять критерию нераспространения делящихся материалов, для остеклования смеси плутония с обедненным ураном или редкоземельными элементами потребуется больший объем стекла, чем для остеклования самого плутония. Это означает, что в этом случае должно быть создано более мощное производство стекла. Но и при этом процесс может быть реализован быстрее, чем остеклование плутония с продуктами деления.
Преимущества рассмотренных вариантов можно соединить в рамках комбинированного варианта, когда плутоний остекловывается в смеси с актиноидами или редкоземельными элементами, а емкость, в которой будет содержаться стеклянный блок, делается радиоактивной, например, с помощью такого гамма-излучающего продукта деления, как цезий-137. При таком подходе достигается цель ускорения процесса остеклования, исключая из него этап работы с радионуклидами - сильными гамма-излучателями. Цезий-137 можно добавлять в емкость непосредственно перед ее закрытием или производить такие емкости заранее из сплавов с цезием-137. Потребовалось бы около 15 г цезия-137 (13 500 Ки) для создания такого же радиационного поля в 5 500 рад, которое образуется высокоактивными отходами активностью в 200 тыс. Ки, смешиваемыми со стеклом на заводе в Саванна-Ривер.
ТЕХНОЛОГИЯ ОСТЕКЛОВАНИЯ
![]() |
Плавильная печь на заводе в Уэст-Велли (США) |
Печи небольшой мощности не только значительно дешевле, но и могут быть быстрее построены. Опытный завод с печью, равной мощности печи завода в Саванна-Ривер (около 100 кг стекла в час), можно построить и испытать за два года при общих затратах около 10 млн дол. Еще одно преимущество небольших печей с перемешиванием стекла в том, что их можно размещать там, где имеется плутоний. Это ведет к минимизации расходов по транспортировке плутония, что может быть выгодно для России.
Остеклованию как наиболее быстрому по времени реализации способу обращения с плутонием, обеспечивающему всеобъемлющий подход к решению проблем безопасности, следует отдать предпочтение по сравнению с другими технологиями. Для того, чтобы убедить Японию, Индию, Великобританию и Францию прекратить переработку и начать остеклование плутония, могут быть использованы следующие стимулы. Во-первых, возможно создание международных резервов уранового реакторного топлива, образованных в результате разбавления высокообогащенного урана (высвобожденного из ядерных боеголовок) природным или истощенным ураном, которые в течение десятилетий могли бы служить в качестве альтернативы топливу на основе плутония. Это поможет ослабить опасения этих стран по поводу уранового дефицита и энергетической зависимости. Во-вторых, должны быть определены международные гарантии финансирования работ по извлечению плутония из стекла, когда будет создана технология изготовления экономически эффективного топлива из плутония. Названные пять стран признают, что на современном этапе развития топливо на основе плутония является неэффективным, но они хотели бы сохранить потенциал производства плутония к тому времени, когда он превратится в экономически выгодный энергоноситель. Наличие финансовых гарантий может убедить их перевести имеющиеся нынешние запасы плутония в форму, неприменимую для военных целей.
Цель обоих предложений состоит в достижении универсальной промежуточной остановки переработки, поскольку весь спектр проблем, связанных с плутонием, включая национальную независимость, ядерное распространение, энергетические альтернативы, может быть детально и эффективно исследован лишь при условии, если ни одна страна не производит плутония.
А. МАХИДЖАНИ, Н. САКС
Перевод с английского В. ЯКИМЦА
< Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья > |