Закопать или переработать: что делать Казахстану с отработанным ядерным топливом в будущем?

Введение в эксплуатацию такого сложного энергетического объекта как атомный реактор требует от страны решения вопроса утилизации или переработки отработавшего ядерного топлива. Сегодня лишь несколько стран принимают решение в пользу переработки, однако большинство мировых ядерных держав предпочитают хранение. Но какой путь выберет Казахстан? Насколько затратное занятие - переработка топлива от АЭС? Какая база и технологии нужны для этого? Какие страны могут стать для Казахстана ориентиром в вопросе переработки ядерного топлива? Об этом читайте в материале BaigeNews.kz.

В переработке использованного ядерного топлива в мире преуспели совсем не многие страны, но больше всех выделяются Россия, Франция, Китай. Есть потенциал у Японии, но дорогостоящий проект, начатый еще в 90-е годы, до сих пор не заработал. Опыт этих стран можно применить в будущем. Но с начала надо разобраться с тем как обстоят дела в Казахстане.

Как известно в стране есть три реактора, построенных еще в советское время. Два из них успешно работают, принося пользу отечественной ядерной науке. Исследовательский реактор под Алматы на базе Института ядерной физики создает продукцию для медицины, на реакторе в Курчатове проводятся уникальные эксперименты, воссоздающие различные нештатные ситуации и не только. А вот первый в мире энергетический реактор на быстрых нейтронах БН-350 в Актау на МАЭК был остановлен в конце 90-х и сейчас работы по выводу его из эксплуатации продолжаются совместно с сотрудниками "Росатома". Процесс может затянуться на долгие годы.

Такие реакторы очень малой мощности, и они производят малое количество ОЯТ. При работе больших мощных реакторов на АЭС ситуация другая.  И варианта тут два: самый простой – хранение или захоронение и самый сложный и затратный - переработка. Пока Казахстане не озадачен этим вопросом, оно и понятно, ведь у страны нет АЭС,  значит нет накопленного отработанного топлива. Но проблема захоронения или переработки давно встала перед другими странами.

Актауский реактор БН-350 свое отработал, его ОЯТ уже давно и успешно хранится в Курчатове.

"Под эгидой МАГАТЭ, в безопасных условиях, это топливо храниться на базе РГП "Национальный ядерный центр РК". На нашем же предприятии эксплуатируются и хранилища радиоактивных отходов различной активности, поэтому опыт обращения с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами у нас есть", - отмечает заместитель главного инженера НЯЦ РК Денис Зарва.

Важно не путать радиоактивные отходы (РАО) и отработанное ядерное топливо (ОЯТ). Использованное топливо является перспективным продуктом, который можно снова применять как в работе атомной станции, так и для других нужд. Вот только технологии переработки или аффинажа (очитки от примесей), которые сейчас есть в мире слишком дороги и сложны в применении. И похоже Казахстану в ближайшие 20-30 лет они вряд ли понадобятся, если конечно мы не будем массово возводить одну АЭС за другой. Но даже в этом случае такая перспектива не оправдана. Как говорят ученые-атомщики переработка ОЯТ это больше прерогатива реакторов типа БН, работающих на быстрых нейтронах.

Мировой опыт    

Как рассказывает Александр Клепиков, заместитель директора Научно-технического центра безопасности ядерных технологий в 2002 году, Национальный ядерный центр в сотрудничестве с другими ядерными организациями Казахстана рассматривал возможность создания в стране завода по переработке отработавшего ядерного топлива. Тогда приблизительные оценки показали, что для того, чтобы такой завод был хоть как-то рентабельным, необходимо, чтобы в стране работало не менее 3-4 атомных станций, производящих примерно 7-10 ГВт мощности.

"Но не все так просто, в качестве примера можно взять опыт Японии.  Строительство японского завода по переработке ОЯТ в Рокасё началось в 1993 году. В настоящий момент, промышленной переработкой отработавшего ядерного топлива занимаются всего несколько ведущих стран с развитыми ядерными программами, такими как Франция, Россия, Китай, Индия и Великобритания. Эти страны используют переработку для сокращения объёмов отходов, повышения эффективности использования ядерного топлива и уменьшения зависимости от добычи урана. Дальше всего в этом плане продвинулась Россия, в которой один из быстрых реакторов, БН-800, в настоящее время полностью на 100% работает на переработанном топливе (MOX-топливо - смесь оксидов урана и плутония)", - отмечает Клепиков.

По его словам Германия раньше отправляла отработавшее топливо на переработку во Францию и Великобританию. Однако после решения отказаться от ядерной энергетики (атомный выход), она прекратила отправку топлива на переработку и переориентировалась на хранение ОЯТ. Такому же примеру последовала Бельгия, которая также занимается переработкой ОЯТ в небольших масштабах. Для этих целей страна сотрудничает с Францией, отправляя своё топливо на заводы по переработке. Некоторые другие страны, такие как Швейцария и Нидерланды, также отправляют ОЯТ на переработку во Францию или Великобританию, не имея собственных перерабатывающих мощностей.

"Многие страны, такие как США, Южная Корея и Канада, не занимаются переработкой отработавшего топлива, предпочитая хранить его в специальных хранилищах. В США переработка была прекращена ещё в 1970-х годах по политическим причинам, связанным с рисками распространения ядерного оружия",- рассказывает Александр Клепиков.

По оценкам экспертов, стоимость переработки одного килограмма отработавшего топлива может варьироваться от 1 до 2 тысяч долларов  в зависимости от страны и используемой технологии. Сюда входят затраты на разделение, очистку, конвертацию в MOX-топливо и последующее управление отходами. Для сравнения, длительное хранение одного килограмма отработавшего топлива может стоить около 500–1000 долларов, что делает переработку примерно в два раза дороже.

"С точки зрения проблем нераспространения, и с точки зрения окупаемости, в период нескольких ближайших десятилетий не стоит даже заниматься вопросами промышленной переработки ОЯТ в Казахстане, разве что в лабораторных условиях в исследовательских целях. Более того, для стран, в парке реакторов которых отсутствуют быстрые реакторы, промышленная переработка ОЯТ, скорее всего, никогда не сможет оправдать затраты на строительство подобной инфраструктуры. Россия и Франция активно перерабатывают, и для них это становится выгодным именно из-за использования быстрых реакторов. Плюс на этих же реакторах Россия начала дожигать долгоживущие изотопы, что во многом решает проблемы захоронения - оно становится намного менее затратным именно для ОЯТ", - говорит Клепиков.

При этом он считает, что пока в той же России идет практически экспериментальная работа и отработка технологии. При этом Франция используют ее и на легководных реакторах, однако на быстрых реакторах (БН) это более эффективно. Но это связано с большими технологическими сложностями.

"Я думаю, что никто не собирается заниматься переработкой ОЯТ в Казахстане, разве что маленькие эксперименты в очень ограниченном масштабе. Это экстремально дорогое удовольствие, даже если у нас вообще вся энергетика будет на АЭС, может оказаться невыгодным. И пример тому Япония, которая несравнимо более развита в технологическом и организационном плане. Такая технология доступна немногим странам" - резюмировал Александр Клепиков.

Сколько может производить ОЯТ будущая казахстанская АЭС

Как отмечают ученые, отработавшего ядерного топлива на атомной электрической стации мощностью в 1 ГВт нарабатывается порядка 2,5 кубических метров в год. И это совершенно небольшая величина, и зависит она в первую очередь от мощности, то есть от объема загрузки станции свежим топливом.

"Для станции мощностью от 2,4 до 2,8 ГВт, которую планируется построить в Казахстане, годовой объем соответственно составит от 6 до 7 кубических метров. То есть всего, за проектный жизненный срок станции, будет наработано до 420 кубических метров ОЯТ", - приводит в пример заместитель главного инженера НЯЦ РК Денис Зарва.

После выгрузки отработавшего ядерного топлива из реактора первое время оно остается при станции, в специализированном бассейне выдержки, и до 10 лет может находиться там, для снятия оставшегося энергетического выделения, другими словами для остывания. А затем, в контролируемых условиях безопасно, в специальных контейнерах, топливо перевозится на место его размещения, на хранение.

"Необходимая база для размещения отработавшего ядерного топлива в Казахстане уже в принципе имеется, а за годы пока станция будет построена и наработает первую партию ОЯТ, пригодную к транспортировке, техническая база существенно расширится", - считает Зарва.

Денис Зарва отмечает, что технологиями переработки отработавшего топлива на сегодняшний день в мире владеют единицы развитых стран, обладающих атомной энергетикой.

"Тем не менее, повторюсь, во всем мире ОЯТ признается ценным ресурсом, и такое топливо хранится до повсеместного внедрения технологий по его переработки. С технической точки зрения технологии уже известны и сложны ровно на столько, на сколько сложны процессы на любом радиохимическом заводе. В будущем, перспектива переработки ОЯТ конечно же продвинет нашу страну на более высокий уровень развития атомной отрасли и позволит существенно расширить нашу топливно-ресурсную базу. В этой связи, на данном этапе нам целесообразно рассматривать стратегию долгосрочного хранения, вместе с этим, изучать международный опыт и подготавливать соответствующую научно-техническую и промышленную базу с точки зрения выбора лучшей практики, когда она понадобится. Исходя из объемов ОЯТ, которые мы будем получать с нашей АЭС - строить перерабатывающий завод прямо сегодня, наверное, не совсем целесообразно", - считает Денис Зарва.

Важно отметить, что отработанное ядерное топливо не считается радиоактивным отходом и его можно перерабатывать и вновь использовать как топливо. По всему миру в основном, оно успешно хранится, вместо захоронения навсегда в каких-либо глубинных формациях и пунктах захоронения. Однако в обозримом будущем переработка может стать приоритетней хранения, но при условии, когда накопятся существенные объемы ОЯТ и это станет в первую очередь рентабельно.

Если же Казахстан в будущем выберет переработку отработавшего топлива, то база и технологии будут выбраны исходя из лучших мировых практик на момент возникновения необходимости. Определенный задел в этом направлении в Казахстане уже есть.

"На сегодня основные методы переработки ОЯТ заключаются в химической экстракции полезных делящихся изотопов с целью их дальнейшего вовлечения в ядерно-топливный цикл. Развиваются технологии по дожиганию минорных актинидов, оставшихся в топливе в специализированных реакторах на быстрых нейтронах, такая практика в мире уже тоже есть. Это позволит нам в обозримом будущем возвращать нашей планете в радиоактивном эквиваленте ровно то же самое, что мы и добыли в виде природного урана за максимально короткий промежуток времени. Завод по переработке ОЯТ не будет опаснее, чем любое современное предприятие, имеющее промышленно-опасное производство", - отметил Денис Зарва.

В свою очередь генеральный директор АО "Казахстанские атомные электрические станции" Тимур Жантикин отметил, что переработка ОЯТ для нашей страны перспектива очень отдаленная.

"Надо ли перерабатывать ОЯТ будет решаться позднее. Вообще надо разработать стратегию обращения с радиоактивными отходами (РАО) и отработавшим ядерным топливом. Сейчас в работе проект закона о РАО, возможно там что-нибудь будет. Пока ОЯТ реактора БН-350 хранится. ОЯТ не отходы, так что пока будем хранить", - сообщил Тимур Жантикин.

Кстати во Франции повторное использование отработавшего топлива является одним из основных элементов стратегии ядерного сектора, имеющего более чем 30-летний промышленный опыт в атомной сфере. В свою очередь в России, которая является мировым лидером в области переработки отработанного ядерного топлива, планируют уже в ближайшее десятилетие наладить производство тепловых сборок с МОКС-топливом в промышленном масштабе.