Реактор-«утилизатор» для самых опасных отходов АЭС

Пока Россия готовит самый масштабный проект по переработке радиоактивного топлива, исследователь из Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук подготовил исследование по утилизации радиоактивных отходов.

Атомный реактор обычного типа — это твёрдые стержни с топливом, погружённые в воду. Но есть совсем другой тип — жидкосолевой реактор, топливо в нём не твёрдое, а растворено прямо в горячей соли. Такой реактор позволяет «дожигать» самые опасные радиоактивные отходы обычных АЭС.

❗️Представьте кастрюлю с очень горячей солёной водой при 700°C — только вместо поваренной соли там фториды лития и бериллия, а вместо воды — расплав. Именно в этой жидкости и идёт ядерная реакция.
Современные атомные станции оставляют после себя элементы (нептуний, америций, кюрий), которые сохраняют опасную активность десятки тысяч лет — это тот «хвост» отработанного топлива, который никто не знает, куда деть. Жидкосолевой реактор может загрузить их в свою «горячую соль» и превратить в гораздо менее опасные отходы. Это потенциально решает одну из главных головных болей ядерной энергетики - последствия работы ядерных реакторов.

🥄Главный технический подвох — расплавленная соль при 700°C очень агрессивна. Жаропрочный сплав, из которого сделаны стенки реактора, медленно растворяется в этой ванне — представьте металлическую ложку в кипящем крепком рассоле, только намного агрессивнее. Без защиты реактор просто не проживёт долго.
Решение давно известно концептуально: нужно поддерживать правильный «химический баланс» среды. Управляется этот баланс через уран в роли химического термостата. Уран в расплаве может существовать в двух разных формах. Меняя их соотношение, можно как ручкой регулировать, насколько среда агрессивна — сместил в одну сторону, соль стала «спокойнее», в другую — «злее».
Но чтобы реально настроить эту систему в работающем реакторе, нужны точные численные данные о том, как ведут себя в этом расплаве все ключевые металлы — никель, железо, хром (из них сделаны стенки) и сам уран. До сих пор таких данных не было: измерять что-то в раскалённом фторидном расплаве технически очень сложно.

Исследователь Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Степан Павлович Архипов этот пробел закрыл:
🔢 Разработал технологию приготовления чистого расплава. Это нетривиально: бериллий ядовит, фториды агрессивны, всё нужно делать в герметичных боксах с инертным газом.
🔢 Сделал работающие измерительные зонды для горячей соли. По сути — готовый прибор мониторинга для будущего реактора.
🔢 Впервые измерил поведение никеля, железа, хрома и урана в этом расплаве при рабочих температурах. Составил «иерархию металлов» — таблицу, по которой инженер сразу видит, кто кого в этой химической среде «вытесняет».
🔢 Определил конкретные настройки баланса, при которых популярные жаропрочные сплавы (Inconel, Hastelloy N) не будут «таять» в расплаве.

Бонусом — 6 патентов на оборудование и методики. Это уже не лабораторные гепотезы, а готовая база, на которой можно строить промышленную технологию. 👏

🇷🇺Кому это может быть интересно в России:
«Росатом» — главный заказчик такой технологии. В частности: Курчатовский институт (головная организация по реакторам нового поколения), НИКИЭТ им. Доллежаля (конструкторское бюро жидкосолевых реакторов, было ведущей организацией работы), ВНИИНМ им. Бочвара (материалы для ядерной техники) и ГНЦ НИИАР в Димитровграде (исследовательский центр с программой по этим реакторам) — прямые получатели результатов. ФГУП ПО «Маяк» — потенциальный пользователь технологии «дожигания» долгоживущих отходов, которая может разгрузить хранилища отработанного топлива. ИВТЭ УрО РАН (Екатеринбург), где работа выполнена, — научный партнёр для масштабирования.

🎓Архипов Степан Павлович, Кандидатская, 2.6.9. - Технология электрохимических процессов и защита от коррозии, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук