Проблема захоронения высокорадиоактивных отходов атомной энергетики, несмотря на все усилия ученых, стоит по-прежнему крайне остро. Это касается всех стран, владеющих ядерной технологией, и Германия отнюдь не исключение, несмотря на то, что здесь уже давно принято решение о постепенном отказе от использования атомной энергии.

Правда, не исключено, что оно еще будет пересмотрено, но по состоянию на сегодняшний день последний немецкий реактор должен быть отключен не позднее 31 декабря 2021 года. К этому времени, согласно расчетам экспертов, на территории атомных электростанций и во временных могильниках накопится, среди прочих отходов, 127 тонн плутония, 6 тонн нептуния и 14 тонн америция. А куда все это девать - неизвестно.

До сих пор ни в одной стране мира не существует могильников для окончательного захоронения таких отходов. "Совсем обойтись без могильника не удастся, - говорит Арнд Юнгханс (Arnd Junghans), сотрудник научно-исследовательского центра Россендорф близ Дрездена. - Вопрос лишь в том, насколько дорогим и сложным должен быть такой могильник". Именно этот вопрос активно обсуждался на прошедшей на днях в Бонне весенней сессии Немецкого физического общества.

Алхимия нашего времени

Арнд Юнгханс - специалист в области ядерной трансмутации - или, если хотите, современный алхимик. Потому что то, о чем древние алхимики лишь мечтали, Арнд Юнгханс и его коллеги уже могут осуществить на практике: превратить один элемент в другой посредством облучения нейтронами. Уже не первый год ученый работает над рецептом, который позволил бы существенно снизить требования к долговременной стабильности будущих могильников.

"Рецепт - очень подходящее слово, потому что пирог нам еще только предстоит испечь, - говорит ученый. - Наш рецепт состоит в том, чтобы с помощью быстрых нейтронов преобразовать долгоживущие изотопы, которые, собственно, и делают столь сложной проблему окончательного захоронения радиоактивных отходов, в короткоживущие изотопы. Естественно, этот процесс потребует специального технологического оборудования, которое еще не создано. Пока же все, что имеется, - это опытные прототипы и проектные разработки".

Почти во всех сегодняшних реакторах атомы урана расщепляются медленными нейтронами. По мере выгорания ядерного топлива в результате этого распада накапливаются нежелательные побочные продукты - радиоактивные нуклиды вроде плутония, нептуния и америция.

Однако быстрые нейтроны способны расщепить и эти трансурановые элементы, превратив их в более безобидные продукты. В лабораторных экспериментах это получается, но насколько реально воспроизвести этот процесс в промышленном масштабе?

"Если бы мы могли осуществить в специальных реакторах трансмутацию плутония, это уже позволило бы весьма значительно сократить проектную продолжительность хранения отходов в могильниках, которая, в основном, диктуется периодом полураспада именно плутония, - поясняет Арнд Юнгханс. - Вместо сотен тысяч лет мы смогли бы ограничиться десятками тысяч, то есть снизить проектную продолжительность хранения в 10 раз. Неплохо для начала! А если бы нам удалось пойти дальше и осуществить трансмутацию так называемых минорных актинидов, то есть трансурановых элементов нептуния америция и кюрия, то мы вышли бы на время потенциального риска менее тысячи лет. Но об этом можно пока только мечтать. Реализуемо ли это на практике, мы пока сказать не можем, тут требуются активные научные изыскания".

Пока - одни лишь эксперименты

Работа в этом направлении ведется как в рамках проекта ЕС, так с недавних пор и на национальном уровне. На построенной два года назад экспериментальной установке дрезденские ученые собираются обстреливать миниатюрные порции радиоактивных материалов нейтронами со строго определенной кинетической энергией, чтобы выяснить, какие именно реакции ядерного распада можно таким образом запустить.

"В этом году мы вывели нашу установку на максимальную мощность облучения и можем теперь приступить к экспериментам, - говорит Арнд Юнгханс. - Наша задача - определить вероятность той или иной реакции. Ни о какой трансмутации радиоактивных отходов энергетических реакторов на этой установке и речи быть не может, она для этого совершенно не годится. Мы здесь имеем дело с пробами массой от нескольких миллиграммов до нескольких граммов. Однако этого уже достаточно, чтобы с высокой точностью определить вероятность той или иной реакции".

Эти данные необходимы при проектировании будущих промышленных реакторов для трансмутации отходов. Производительность одной такой установки составила бы несколько центнеров высокорадиоактивных отходов в год. Впрочем, чтобы переработать все накопленные в Германии отходы, потребуется не одна установка. И уйдет на это не одно десятилетие. Кому придется взять на себя расходы, неясно.

Однако самая главная трудность - технологического характера. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах требуют охлаждения жидким металлом - например, натрием. Это довольно капризная технология, и Германия от нее в свое время отказалась: реактор этого типа начали возводить в 80-х годах в городке Калькар близ Дюссельдорфа, но в 1991 году строительство было остановлено, реактор так и не вступил в строй и был в конце концов демонтирован. А вот Франция планирует уже в 2020 году построить первый прототип такой установки. Он станет предшественником коммерческого реактора, который вступит в строй между 2040 и 2050 годами.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева