Страница 4 из 9
Вот если бы сделать так, чтобы АЭС работали на не обогащенном уране, которого в 250 раз больше!
Тяжеловодные реакторы КАНДУ позволяют работать на не обогащенном уране, резко снижая затраты на ядерное топливо. В них можно дожигать облученное реакторное топливо, полностью замкнув ядерный топливный цикл и многократно уменьшая объем отходов АЭС. Последние усовершенствования канадских разработчиков конструкции активной зоны CANDU – 6 позволили достичь нулевого коэффициента радиоактивности в случае аварийной потери теплоносителя.
Но вот беда – решая проблему с дешевым топливом для реакторов, ты получаешь проблему трития, попадающего в окружающую среду. Именно поэтому тяжеловодные реакторы в канадской провинции Онтарио (государственная компания «Ontario Power Generation») превратились в серьезную проблему. Канадцы не просто перестали строить ядерные установки такого типа – они думают, не закрыть ли имеющиеся? Как пишет канадский ветеран-атомщик Ф. Р. Грининг (http://www.atominfo.ru/news/air4644. htm), у КАНДУ, строившихся в 1960-е годы, тьма проблем. И одна из них – все тот же тритий.
«В типичном реакторе CANDU содержится порядка 450 тонн тяжелой воды (D2O – дейтерий два о. – М. К.) общей стоимостью, как минимум, 250 млн. долларов. В тяжелой воде при активации нейтронами образуется тритий, который впоследствии химически связывается в оксид дейтеротрития – DТО. В реакторах CANDU, построенных в Онтарио, образуется в среднем 1,5 млн. Ки трития в год на каждом из блоков.
Несмотря на все усилия персонала, на CANDU регулярно происходят утечки тяжелой воды. Большую часть D2O удается собрать, восстановить и вернуть в систему. Однако значимые объемы D2O выходят из гермооболочки и попадают в окружающую среду через вентиляционную трубу.
Реакторы в Пикеринге, Брюсе и Дарлингтоне сбрасывают в атмосферу до 0,5 кг D2O в час. Зная концентрацию оксида дейтеротрития в Dp, можно рассчитать, что каждая из венттруб CANDU добавляет в окружающую среду 5000 Ки трития в год.
Контроль за эмиссией трития производится при помощи систем сбора влаги и водных паров в контейнменте (защитной оболочке реактора. – М. К). Эти системы дорогостоящи и трудоемки в обслуживании, и их наличие на станции вносит весомый вклад в расходы на эксплуатацию реакторов CANDU…»
Таким образом, проблема крайне остра. Канадские АЭС Дарлингтон, Брюс (А и В), Пикеринг (тоже А и В) и Пуан-Лепро – опасные «поставщики» трития в природу. Но если решить проблему трития, то ядерная энергетика получит резкое ускорение. Это действительно станет прорывом всемирно-исторического значения.
Тритий опасен. Распад его сопровождается довольно интенсивным бета-излучением. При попадании трития внутрь организма человека с воздухом или водой, он представляет серьезную угрозу для здоровья. Тритий, будучи изотопом водорода, химически ведет себя так же, как водород, и поэтому способен замещать его во всех соединениях с кислородом, серой, азотом, легко проникая в протоплазму любой клетки. В этом случае испускаемое тритием бета-излучение ведет к поражению жизненно важных органов, разрыву связей в ДНК и приводит к генетическим мутациям. Исследования, посвященные поведению трития в биологических объектах, свидетельствуют о его подчас тысячекратном накоплении в живых организмах и пищевых цепочках. Тритий не улавливается системами водоочистки и водоподготовки.
Тритий попадает в окружающую среду не только из тяжеловодных реакторов. Идет и накопление загрязненных тритием тяжеловодных и легководных отходов, в том числе образующихся при снятии с вооружения ядерных боеприпасов. Это привело к тому, что ежегодная скорость образования и накопления техногенного трития в глобальном масштабе (килограммы или десятки миллионов Ки в год) стала во много раз превышать скорость образования его естественным путем (0.2 Кг или 2.105 Ки в год). За последние сорок лет (с 1960 по 2000) выбросы трития с предприятий ядерного топливного цикла выросли в 50 000 раз и составили примерно 1019 беккерелей. При этом выделяется как непосредственно на АЭС, так и на заводах по переработке топлива. Ситуация еще более усложнится в случае развития термоядерной энергетики. И хотя сей изотоп водорода имеет период полураспада в 12,3 года, должно пройти несколько циклов полураспада, чтобы он стал безопасным.
Конечно, технологии «детритизации» в мире есть. Только очень недешевые. Экономически, увы, нецелесообразные. Скажем, вот отделение трития от водорода методом низкотемпературной ректификации водорода (Франция, Гренобль). Или, например, ректификация воды с рекомпрессией пара (опытная установка фирмы «Зульцер»). Или, к примеру, химический изотопный обмен в системе вода – сероводород, вода – водород, вода – аммиак (экспериментальные установки). Есть, наконец, адсорбционная очистка с использованием цеолитов и некоторых металлов. Эффективность и экономическая целесообразность выделения и концентрирования трития из тритийсодержащих отходов с помощью разделительных установок определяется, в конечном счете, энергетическими затратами на процесс разделения изотопов водорода: протия, дейтерия и трития. А они получаются огромными. Петрик же смог сделать новую технологию, стоящую вне конкуренции по своей дешевизне.
Тритиевая проблема Ленинграда-Петербурга: с чего все началось
Случилось так, что наш завзятый шарлатан, уголовник и любитель скрипок Страдивари занялся проблемой очистки воды от трития, а заодно – и от дейтерия. Все началось с того, что огромные объемы воды, зараженной тритием, – огромная проблема Ленинграда-Петербурга. В нем, конечно, нет реакторов типа CANDU. Но зато в городе много лет работал ГИПХ – Институт прикладной химии, который производил тритий для термоядерного оружия и для высокотехнологичных военных систем. Например, для светящихся элементов ночных прицелов.
От ГИПХ осталось около 1400 тонн радиоактивной воды (http://www.atomic-energy.ru/interviews/2012/03/12/31745). К 2002 году емкости, в которых они хранились в самом центре Петербурга-Ленинграда, прохудились настолько, что в одной из них случилась утечка и около сорока тонн отходов попало в Неву. В восьмистах метрах от городского водозабора. Быть может, не случайно северная столица держит печальную пальму первенства по раковым заболеваниям пищевода и кишечника? Чтобы обезвредить отходы ГИПХ, надо научиться очищать их от трития. И, хотя тритий имеет период полураспада в 12,3 года, должны пройти десятилетия, чтобы вода с ним стала более или менее безопасной.
Проблема отходов ГИПХ остро стояла еще в СССР. Специальное хранилище жидких РАО при Калининской АЭС отказывалось их принимать, ибо не могло обеспечить хранение без утечек. Потому не от хорошей жизни 1400 тонн жидкой смерти приходилось хранить в Питере. Так сказать, в расчете на то, что ученые найдут решение вопроса в будущем. Но будущее после гибели Советского Союза оказалось плохим.
Временное решение все-таки нашли. Отходы ГИПХ недавно были перевезены в специальное хранилище отходов в Сосновом Бору, которое является структурой Росатома, частью ФГУП «РосРАО». (Оно и занимается захоронением радиоактивных отходов.) Но это – пока половинчатая мера. Отходы ГИПХ надо переработать. Но, черт возьми, как это сделать?
Занявшись проблемой обезвреживания «гипховских» отходов, Виктор Петрик не только изобрел технологию «детритизации» воды. Он открыл и гораздо более захватывающие горизонты.
Но когда автор сих строк и этой линией занялся вплотную, то понял, насколько и здесь заврались почтенные академики РАН. И тут тоже никто не думал гонять воду через банальные фильтры. Впрочем, давайте-ка по порядку…
Пар, УСВР, платина и мандюрки
Очистка воды от изотопов водорода (дейтерия и трития) теснейшим образом связана с проблемой разделения изотопов в составе молекул воды. А изотопы – это протий (обычный водород), дейтерий и тритий. Нужно не только уметь разделить эти изотопы, но и выделить дейтерий и тритий. Никакой фильтрацией этого не сделаешь: молекулы обычной, тяжелой и тритиевой водицы (соответственно Н2O, D2O и Т2O) по геометрическим параметрам – одинаковы. Так что задача создания недорогой технологии «детритизации» была серьезным вызовом.