Техника - молодёжи 1991-11, страница 12

не вызывать сомнений — ситуация в столь отдаленном будущем представляется слишком неопределенной.

Что же получается? Несмотря на сложность и дороговизну переработки и хранения, проблему РАО нельзя считать решенной окончательно. Не говоря уж о том, что не достигнуто полной безотходности или замкнутости топливного цикла, главным «методом» обезвреживания опасных продуктов остается долгое пассивное ожидание их самопроизвольного распада.

Но какую альтернативу можно предложить? Ведь принципиальное отличие РАО от любых других, самых ядовитых отходов в том и состоит, что никакие обычные методы обработки, например химические, ни на процент не снизят их активности. Единственный

выход — воздействовать непосредственно на атомные ядра долгожи-вущих продуктов деления и актиноидов, чтобы превратить их в стабильные или короткоживущие изотопы. Такое возможно только за счет облучения интенсивными потоками нейтронов или заряженных частиц (протонов, дейтронов).

Это и есть ядерная трансмутация.

Скажем прямо: далеко не все специалисты считают подобную идею реальной. Дело в том, что эффективная трансмутация актиноидов и особенно таких радионуклидов, как стронций-90 и цезий-137, требует высокоинтенсивных источников нейтронов. Сечения взаимодействия этих изотопов очень малы, и для их уничтожения нужны плотности потока нейтронов порядка 10 на 1 кв.см в секунду. Немало физиков-ядерщиков серьезно сомневаются в возможности достичь таких параметров пучка, точнее — в эффективности соответствующих установок. И тем не менее над проблемой трансмутации в последнее время начали активно работать и советские и зарубежные ученые. Это и понятно: в любом случае правильнее не рассуждать сложа руки, а работать, пробовать — слишком уж многое здесь поставлено на карту.

Какие же конкретные задачи предстоит здесь решить?

Прежде всего, для трансмутации долгоживущих РАО и актиноидов их потребуется как следует очис

тить Без этого не обойтись — иначе из атомов примесей при облучении образуются новые долгоживу-щие радиоактивные изотопы. Оценки показывают, что чистоту облучаемых образцов (так называемых мишеней) придется довести не менее чем до 99,9%, а еще лучше—до 99,95%. Такая задача исключительно сложна, но, видимо, все же технически разрешима. Далее, необходимо разработать дистанционную технологию изготовления мишеней. Трудностей и тут немало. Во-первых, уровень активности исходного материала — очищенных радионуклидов — очень высок. Во-вторых, мишени из него неизбежно будут разогреваться за счет поглощения собственной радиации. Кроме того, при создании мишеней нежелательно использовать разбавители — ведь трансму-тируемые радионуклиды должны иметь высокую концентрацию. Это вызывает дополнительные сложности. Но, как известно, в ряде стран, в том числе в СССР, освоена дистанционная технология изготовления плутониевого топлива для реакторов на быстрых нейтронах. Процессы здесь во многом сходны с теми, которые предстоит разработать. Таким образом, можно считать, что и изготовление мишеней из высокоактивных радионуклидов также технически осуществимо.

Отдельная задача — создание высоконадежного, дистанционно управляемого оборудования для обработки и транспортировки мишеней на всех этапах процесса. Оно должно полностью исключать опасность радиоактивного загрязнения среды как при нормальной эксплуатации, так и в случае аварии.

И наконец, основное — поиск подходящих или создание специальных физических установок для трансмутации (ядерных реакторов или ускорителей частиц). Тут, надо признать, скептики ухватили самую суть: прежде всего встает вопрос об эффективности подобных установок. Для ее оценки можно наметить три основных критерия: скорость уничтожения радионуклидов, энергетическая эффективность и стоимость (плюс, разумеется, безопасность).

Первый критерий понятен: процесс трансмутации должен идти гораздо быстрее, чем естествен

ный распад, иначе он просто не имеет смысла. По предварительным оценкам, при достижении указанных плотностей потока нейтронов активность изотопов стронция и цезия будет спадать со скоростью, по крайней мере, на порядок большей.

Второе требование означает, что энергозатраты на уничтожение радионуклидов должны быть намного меньше, чем энергия, полученная от АЭС за время их накопления в реакторе. Приведем конкретный пример.

Как известно, на 100 разделившихся ядер урана в реакторе образуется 6 ядер радиоактивного изотопа цезия-137. Тогда, учитывая, что один акт деления высвобождает 200 МэВ энергии, а КПД АЭС — порядка 30%, нетрудно подсчитать: на каждое ядро цезия в АЭС вырабатывается около 1000 МэВ (200 МэВ х 100 х 0,3 : 6 = 1000 МэВ).

Сколько же энергии понадобится на «обезвреживание» того же ядра цезия? Это уже зависит от типа применяемой установки. Если брать ускорители частиц, то, по оценкам сотрудника Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) АН СССР В.Д. Казарицкого, в идеальном случае такие затраты составят:

в линейном ускорителе протонов с энергией 1000 МэВ — 60 МэВ, а в такой же установке с энергией 50 МэВ-2000 МэВ;

в циклическом ускорителе дейтронов с энергией 100 МэВ —70 — 90 МэВ;

в ускорителе электронов с энергией 100 МэВ-4000 МэВ.

Оценки эти, конечно, качественные и не претендуют на высокую точность, однако сразу же выявляют приемлемые типы и параметры ускорителей.

Критерий стоимости представляет собой общепринятый экономический показатель — объем затрат на разработку и эксплуатацию оборудования полного технологического цикла ядерной трансмутации. Если отнести это к природоохранным мероприятиям, а именно так и нужно поступить, то обычные в экономике показатели типа окупаемости в определенные сроки окажутся, видимо, нецелесообразными. Стоимость тут правильнее было бы сравнивать с затрата

10