Ядерная энергетика становится возобновляемой: разработка участника «Сколково» может увеличить сырьевую базу в 100 раз
Научно-исследовательская компания «ИнноПлазмаТех», участник «Сколково», представила принципиально новый подход к переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) — ионно-термическую технологию, которая позволяет осуществлять разделение элементов в один этап без образования жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Разработка открывает путь к экономически эффективному замыканию ядерного топливного цикла и может кардинально изменить экономику атомной энергетики.
Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Компания «ИнноПлазмаТех» в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ) завершила этап разработки технологии ионно-плазменной дезактивации металлоконструкций и реакторного графита. Метод обеспечивает удаление гетерогенных радиоактивных отложений, минимизацию жидких радиоактивных отходов (ЖРО) с переводом радиоактивных отходов (РАО) в твердую фазу, а также рециклинг дезактивированных сплавов. Результаты исследований представлены на техническом совещании МАГАТЭ. На основе данных физических принципов коллектив разрабатывает инновационный подход к переработке ОЯТ для замыкания ядерного топливного цикла. По словам генерального директора компании к.ф.-м.н. Анны Петровской, физический принцип метода основан на атомизации таблеток отработавшего ядерного топлива или их фрагментов в укороченном разряде высокого давления в среде инертного газа-носителя (аргона) с последующим пространственным разделением и осаждением элементов на съёмных электродах-коллекторах внутри диффузионной разделительной трубы.
По данным разработчика, ключевыми преимуществами ионно-термической технологии перед существующими методами являются:
· Отсутствие жидких радиоактивных отходов. В отличие от традиционного PUREX-процесса, который порождает до 5–10 м³ ЖРО на тонну ОЯТ, новая технология является полностью «сухой» — аргон химически нейтрален и не образует соединений с атомами ОЯТ.
· Экономическая эффективность. Стоимость переработки 1 кг ОЯТ по расчетным проектным параметрам технологии оценивается всего в 20 долларов США против 2000 долларов при использовании классического PUREX-процесса.
· Высокая селективность. Технология обеспечивает извлечение урана, плутония и других ценных компонентов с чистотой не ниже 99% в один технологический этап в едином модуле.
· Универсальность. Плазменный разряд эффективно разрушает кристаллическую решётку любого типа топлива — как традиционного оксидного (МОКС), так и перспективного смешанного нитридного (СНУП-топливо).
· Модульность. Реализация технологии ориентирована на мобильное исполнение. Возможность размещения таких модулей непосредственно на пристанционных площадках оптимизирует логистические цепочки и снижает затраты на транспортировку радиоактивных материалов на 30–40%.
«Ключевая задача «Сколково» — не просто поддерживать разработки, а выступать системным интегратором между промышленностью и технологическими командами. В рамках программ платформы «Пульсар» мы соединяем реальный запрос крупных корпораций с передовыми решениями, разделяем инвестиционные и операционные риски на ранних стадиях и сопровождаем проект на всём пути: от лабораторного прототипа до промышленного контракта. Разрабатываемая ионно-термическая технологию переработки отработавшего ядерного топлива соответствует задачам национального проекта технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии». Она может быть востребована при выводе объектов атомной энергетики из эксплуатации, поскольку позволяет снижать объём радиоактивных отходов», — подчеркнул директор направления энергоемких производств, руководитель программы «GreenTech Устойчивое развитие» Фонда «Сколково» Николай Булатов.
По оценкам компании, за счёт рециклирования и многократного возвращения регенерированного урана в топливный цикл технология способна увеличить сырьевую базу атомной энергетики в 100 раз, превращая её в возобновляемый источник энергии. Кроме того, метод позволяет селективно извлекать ценные изотопы, в частности стронций-90, для создания автономных бета-вольтаических батарей с удельной мощностью ~0,1 Вт/г и сроком службы до 30 лет.
«Успешное завершение проекта РНФ по дезактивации позволило нам сформировать мощный физический задел, который мы планируем направить на решение более масштабной задачи — переработки ОЯТ. Компания уже подала заявку на новый грант Российского научного фонда по программе малых отдельных научных групп для развития этого направления. Новый грант РНФ должен стать для нас критически важным мостиком от фундаментальной идеи к прикладным опытно-конструкторским работам. В случае поддержки проекта, к 2028 году мы рассчитываем иметь на руках разработанную физическую модель ионно-термической технологии переработки ОЯТ. Параллельно мы уже ведем предварительные переговоры с потенциальными технологическими партнёрами в контуре «Росатома» — НИКИЭТ, НИТИ им. А.П. Александрова и АО «ТВЭЛ», — рассказала Анна Петровская, к.ф.-м.н., генеральный директор ООО «ИнноПлазмаТех».