На Международной
конференции «Финальная изоляция радиоактивных отходов – ключевой элемент
безопасности и устойчивого развития атомной энергетики» в г. Курчатове
(Республика Казахстан, июль 2026 г.) был
учрежден Региональный совет компетенций по обращению с РАО [1]. А годом ранее в
апреле 2025 г. на пленарном заседании
Межпарламентской Ассамблеи государств-участников СНГ был принят Модельный закон «Об обращении с радиоактивными
отходами» для гармонизации национальных законодательств стран
Содружества в этой сфере. Обязанности
Базовой организацией государств-участников СНГ по вопросам обращения с ОЯТ, РАО
и вывода из эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов Экономическим советом СНГ с 2021 г. возложены на АО
«ТВЭЛ».
В 2019 г. Топливная компания «Росатома» АО «ТВЭЛ»
была назначена интегратором по «Выводу из
эксплуатации ЯРОО и обращению с сопутствующими РАО». На предприятиях топливного дивизиона появились
четыре Центра компетенций по данному направлению в АО «СХК», АО «АЭХК», АО
«ВНИИНМ» и АО «ЦПТИ». Помимо НИОКР, проводимых
АО «ВНИИНМ» им. А. А. Бочвара, интегратор выступает
заказчиком научно-исследовательских работ для дивизиона «Наука и Инновации»
(АО «ГНЦ РФ – ТРИНИТИ», АО «ГНЦ РФ – ФЭИ», АО «Радиевый институт
им. В. Г. Хлопина»).
Интегратор объединяет
научный и технологический потенциал предприятий ГК «Росатом». Для реализации
проектов практикуются различные форматы объединения, которые могут мотивировать
предприятия и разработчиков технологий, проводятся тендеры в формате
консорциумов, в том числе ведущих вузов стран СНГ - Белорусского
госуниверситета, Белорусского национального технического университета, профильных
вузов «Росатома»: НИЯУ МИФИ, МГУ, НИУ МЭИ.
В сентябре 2024 г. на международной конференции
Базовой организации государств-участников СНГ по вопросам обращения с ОЯТ и РАО
в Екатеринбурге были подписаны концепция сотрудничества в
области обращения с опасными отходами и план первоочередных мероприятий на
2024-2029 гг. по ее реализации [2].
В рамках Межгосударственной целевой программы
«Рекультивация территорий государств, подвергшихся воздействию уранодобывающих
производств» ГК «Росатом» занимался реабилитацией земель в Кыргызстане и
Таджикистане. Начиная с 2017 г. "Росатом"
реализует проекты по рекультивации урановых хвостохранилищ Киргизии. За восемь
лет приведены в радиационно-безопасное состояние несколько объектов. В 2019 г. завершены работы по консервации
хвостохранилища в районе п. Каджи-Сай, в 2023 г. закончены работы по
реабилитации хвостохранилища «Как», ликвидации хвостохранилища «Талды-Булак»
(п. Мин-Куш), а в 2025 г. завершены работы по
ликвидации хвостохранилищ "Туюк-Суу" и "Дальнее".
В мае 2026 г. «Росатом» совместно с МЧС КР завершил масштабную
рекультивацию четырёх урановых объектов в посёлке Мин-Куш. На
повестке - создание систем инженерно-технического обслуживания для проведения
рекультивации в Каджи-Сае (Иссык-Кульская обл.), в Тоо-Моюне (Ошская обл.) и
Кызыл-Жаре (Джалал-Абадская обл.). По контракту
на 2026 г. планируется завершение работ по реабилитации горных отвалов
"Тоо-Моюн", "Кызыл Жар", создание систем ИТО и подготовка
чаши локализации золоотвалов в поселке Каджи-Сай.
В 2023 г. была завершена рекультивация территории
промплощадки «Табошар» в Таджикистане - одного из крупнейших месторождений СССР, где в 1945-1965 гг. велась активная
добыча урана. Продолжатся работы на двух
хвостохранилищах в Согдийской области. Подписаны соглашения
о сотрудничестве между АО «ТВЭЛ» и ООО «Файз Технолоджи» (Таджикистан).
Российский Национальный оператор по обращению с РАО (ФГУП «НО РАО») активно
сотрудничает с белорусскими коллегами из РУП «БелРАО».
Новые подходы для
сокращения
объема РАО
«Для переработки ОЯТ и РАО российских АЭС, атомных ледоколов
и будущих АСММ потребуется кратный рост производительности существующих
перерабатывающих мощностей» (В. Тинин, февраль 2025 г.) [3]. Большой
объем работ был выполнен по вводу в эксплуатацию новых мощностей хранения РАО,
в том числе ФГУП «РосРАО», позволивших создать резерв мощностей до запуска
системы захоронения. Новые объекты для хранения РАО введены на ФГУП «ПО «Маяк»
и ФГУП «ГХК», осуществлена реконструкция существующих объектов хранения РАО на
ФГУП «ГХК», АО «ЧМЗ», АО «ВНИИНМ им. А. А. Бочвара», ФГУП «Комбинат
«Электрохимприбор» и ряде других. Огромное внимание уделено созданию новых
технологий и установок по переработке РАО, технологий очистки ЖРО,
кондиционирования РАО, переработки и иммобилизации гетерогенных ЖРО.
Для сокращения
объема отходов, перевода их в стабильное состояние до финальной изоляции необходимо
применять новые подходы и эффективные технологии, такие как, глубокое
упаривание с цементированием, ионоселективная очистка, прессование, переплавка,
лазерное сжигание, пиролиз, остекловывание. В 2027 г. в Сергиево-Посадском
филиале «Радона» заработает комплекс по переработке РАО мощностью 3 тыс. м³ в
год. На «Маяке» появится комплекс цементирования с установками очистки
низко-активных отходов и переработки высокоактивных и твердых РАО.
Собственные технологические
решения для сокращения объёмов РАО активно внедряют предприятия атомной отрасли: ПО
«Маяк», Сибирский химический комбинат, Горно-химический комбинат. В этом
направлении работают профильные институты ГК «Росатом», специализированные
предприятия: ФГУП «НО РАО», ФГУП «ФЭО», ФГУП «Радон».
Госкорпорация содействует
созданию долгосрочной кооперации научных организаций отрасли и Российской
академии наук. Сотрудничество с РАН,
опорными и профильными вузами страны является приоритетным направлением
кооперации «Росатома» со смежными ведомствами [4].
В стране разрабатывается
целый ряд инноваций в переработке радиоактивных отходов, в том числе:
- плазменно-пиролитическая переработка
твёрдых РАО;
- низкотемпературный
пиролиз для переработки отработанных ионообменных смол (ОИОС);
- селективная
очистка жидких РАО;
- ультразвуковая дезактивация металлических РАО с
селективным извлечением радионуклидов из промывной воды;
- остекловывание
-
включение радионуклидов в расплав боросиликатного стекла;
- применение
низкотемпературной плазмы и СВЧ-воздействия;
- комбинированные
схемы переработки и др.
Плазменно-пиролитическая
переработка
Наиболее
эффективной технологией обращения с РАО сложной морфологии является
плазменно-пиролитическая переработка (ППТ), разработанная специалистами ФГУП
«РАДОН» [5]. ППТ с жидким шлакоудалением позволяет провести полное термическое
разложение биологически и химически опасных органических и неорганических
компонентов отходов смешанного типа. Объем отходов максимально сокращается, а
конечный продукт (шлаковый компаунд), устойчивый к агрессивным воздействиям,
прочно фиксирует радиоактивные вещества. Плазменно-пиролитическая переработка
ТРО низкого уровня активности производится при температурах до 15000С.
В зависимости от типа отходов и задачи плазмотроны могут генерировать
потоки высоко- или низкотемпературной плазмы. Высокотемпературная плазма применяется для:
- пиролиза и газификации твёрдых
отходов. При нагреве до 1500–2000°C органические компоненты разлагаются,
получается синтез-газ и расплавленные металлические и минеральные фракции.
- при остекловывании неорганическая часть отходов плавится, образуя
шлаковый расплав, который после охлаждения переходит в прочное стекловидное
состояние с высокой химической стойкостью и механической прочностью, что делает
его идеальным для транспортировки и длительного хранения.
Низкотемпературная
плазма применяется для иммобилизации жидких РАО. Она позволяет
преобразовывать растворы в порошки оксидов металлов, которые можно безопасно
хранить и использовать.
По сравнению с традиционным сжиганием плазменная
переработка уменьшает объём отходов в 20–44 раза. Метод позволяет избежать
образования большого количества летучей золы и отходящих газов, которые могут
быть источником радиоактивного загрязнения.
Технология плазменной переработки была внедрена на
опытно-демонстрационном инженерном центре (ОДИЦ) на площадке Нововоронежской
АЭС, что позволило сократить объём отходов, направляемых на захоронение,
примерно в 50 раз.
Над плазменными
технологиями для работы с радиоактивными отходами работают разные организации [6]. Приоритетным направлением кооперации ГК «Росатом»
со смежными ведомствами является сотрудничество с РАН.
В рамках ПН «Прорыв» разработана гидрометаллургическая технология
переработки ОЯТ РБН. Прорабатываются плазменная и пирохимическая технологии.
Головным разработчиком плазменной технологии является Объединенный институт
высоких температур (ОИВТ) РАН. Плазменные методы обеспечивают сепарацию
отдельных компонентов в составе ОЯТ. Основные их достоинства — малое количество
технологических отходов, возможность адаптации под разные виды ОЯТ и РАО, и
встраивания в существующие циклы переработки (Л. Суханов, рук. центра «Разработка перспективных технологий переработки
ОЯТ реакторов на БН» в составе ПН «Прорыв»). Пирохимической стадией занимаются институты РАН
совместно с СХК и НИИАР. За гидрометаллургический передел
и переработку РАО отвечает ВНИИНМ.
Научным руководителем разработки
пирохимической технологии является проф. Ю.П. Зайков (ИВТЭ УрО РАН). Пирохимическая
технология представляет собой комбинацию высокотемпературных
пироэлектрохимических процессов в солевых расплавах KCl-LiCl, обеспечивающих
выделение из ОЯТ смеси актиноидов в составе урана, плутония, нептуния,
америция. В результате электрохимических реакций (восстановления оксидов до
металла и электрорафинирования металлического ОЯТ) нитридный ОЯТ переводится в
оксиды, которые восстанавливаются до металла с финальным электролитическим
рафинированием металлического ОЯТ, позволяющим выделить целевые продукты —
делящиеся материалы», Специфика пирохимической технологии позволяет перерабатывать
ОЯТ с высоким излучением и тепловыделением, сокращая в разы время выдержки ОЯТ
перед переработкой по сравнению с водной технологией.
Выполнение проекта «ПИРО» осуществляется путем кооперации организаций
разных ведомств. Научно-техническое управление и общая координация работ: ИВТЭ
УрО РАН, АО «Прорыв». Разработка технологии: АО «ГНЦ НИИАР», УрФУ, АО «СХК».
Разработка керамических технологий: ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ», АО «Уралинтех».
Обращение с РАО от пирохимических операций: АО «ВНИИНМ». В
рамках исследований по кондиционированию и иммобилизации РАО ВНИИНМ
прорабатывают подходы по использованию плазмы для плавления матричных
материалов (боросиликатное стекло, ситаллы) с одновременным включением в них
радиоактивных компонентов. Это позволяет перевести отходы в стабильную,
малорастворимую форму, пригодную для долговременного хранения.
В рамках проекта «Прорыв»
институт разрабатывает перспективную технологию плазменной
сепарации для переработки ОЯТ, при которой компоненты
топлива разделяются не по химическим свойствам, а за счёт разницы
в массе ионов, используя плазму и электромагнитные поля, что позволяет отделять
уран и плутоний для повторного использования и замыкания
ЯТЦ.
Применение
комбинированной схемы переработки ОЯТ в составе пирохимического и
гидрометаллургического переделов, позволило решить задачу получения конечного
продукта, пригодного для изготовления нового (регенерированного) ядерного
топлива для РБН. С 2030 г. пирохимическую
технологию начнут осваивать в МП ОДЭК АО «СХК».
В проекте
«Прорыв» в сотрудничестве с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН
участвует и Уральский
федеральный университет с акцентом на пирохимических методах. Учёные УрФУ исследуют
технологии с расплавленными солевыми средами (хлориды лития и калия) в
сочетании с жидкометаллическими сплавами для переработки ОЯТ. Так добавление индия в сплав на основе галлия
позволило удешевить процесс без потери эффективности — уран концентрируется в
металле, а продукты деления остаются в соли. Такие подходы перспективны для
переработки маловыдержанного ОЯТ с высокой глубиной выгорания, с которым водные
технологии справляются хуже.
На комплексе
по переработке твёрдых радиоактивных отходов Курской АЭС-1 для переработки
отработавших ионообменных смол (ОИОС), сорбентов и шламов внедрили низкотемпературный пиролиз [7]. При высокотемпературном пиролизе часть радионуклидов уносилась с
отходящими газами. Низкотемпературный
пиролиз ведут при температуре около 450°C в среде азота, что
позволяет предотвратить улетучивание радионуклидов (цезия-134/137). Объём
отходов сокращается в 6–8 раз, а полученный коксовый остаток можно перевести в
химически устойчивую инертную форму для дальнейшего кондиционирования.
Ученые ЧУ "Наука и инновации" разработали
технологию плазменной сепарации для переработки ОЯТ [8]. При плазменной сепарации разделение компонентов топлива,
основывается не на химических свойствах элементов, а на разнице их масс с
использованием плазмы и электромагнитных полей. Данный метод позволяет
существенно снизить количество РАО, сэкономить на затратах на оборудование и
аренду производственных площадей (В. Смирнов, ак. РАН, науч. рук. проектного
офиса перспективных технологий ЧУ «Наука и инновации»). К 2027 г. планируют создать установку следующего поколения для
отработки ключевых инженерно-физических решений.
Помимо ОЯТ плазму
успешно применяют для обработки других объектов.
Ионно-плазменные
«сухие» технологии и ионно-термические методы разрабатывает ООО «ИнноПлазмаТех» (Санкт-Петербург) совместно с «Концерном Росэнергоатом» и ЧУ «Наука и
инновации» [9].
При ионно-плазменной технологии таблетку
ОЯТ атомизируют в атмосфере инертного газа с помощью укороченного плазменного
разряда, а затем разделяют атомы по различию в температуре конденсации в
диффузионной трубе, что позволяет эффективно разделять элементы (уран и
плутоний с эффективностью не менее 99%), не создавая вторичных жидких
радиоактивных отходов.
Принципы работы с
плазмой исследуют и для обработки ТРО или локального удаления радиоактивных
загрязнений. Например, ионно-плазменные методы позволяют удалять из
облученного реакторного графита опасный радиоуглерод (углерод-14), сохраняя при
этом целостность самих графитовых блоков. «Сухая» дезактивация облученного реакторного графита позволяет существенно снизить
радиоактивность графита перед захоронением, не образуя ЖРО.
Облученный графитовый блок помещается в камеру,
заполненную аргоновой плазмой, и углерод-14 удаляется за счет распыления ионами
аргона с поверхности графита. Прогрев плазмой до 1700°С приводит к тому, что
другие радионуклиды перемещаются из графита на поверхность, с которой они также
удаляются распылением. При использовании этой технологии не образуются
вторичные РАО и не нарушается целостность графитовых блоков.
Компания работает и над ионно-термическими методами
переработки ОЯТ, которые минимизируют образование вторичных жидких РАО. ОИВТ РАН участвует
в поиске способов перевести такие отходы в стабильную, инертную форму —
например, в виде стеклоподобных или кристаллических матриц, которые надёжно
изолируют радионуклиды и безопасны при длительном хранении или захоронении.
НТЦ «Экопромтех»
(Россия) адаптировал технологии плазменной переработки на основе разработок НИЦ
«Курчатовский институт» для практического применения. Был создан комплекс
для плазменно-пиролитической обработки твёрдых РАО среднего и низкого
уровня активности. На выходе получается остеклованный шлаковый компаунд,
который можно безопасно хранить или захоранивать. Такой комплекс внедрён в ОДИЦ
на площадке Нововоронежской АЭС.
В разработки по обращению с РАО активно вовлечены опорные вузы
«Росатома», участвуя в реальных научных исследованиях, в создании
инфраструктуры для таких проектов.
Идею плазменной
иммобилизации отходов переработки ОЯТ развивают в Томском политехническом университете [10]. Учёные
ТПУ предложили
модернизировать стандартную схему переработки ОЯТ с помощью низкотемпературной плазмы.
Суть в том, чтобы обрабатывать не только уран и плутоний, но и сопутствующие
водно-солевые растворы с продуктами деления (платиноидами, редкоземельными
элементами).
В процессе
совместной плазменной иммобилизации горючих и негорючих отходов
переработки ОЯТ в воздушной плазме при температуре 1 200°С в расплавах
хлоридов металлов на выходе получается расплав,
который после затвердевания отправляется на хранение. Плазменная обработка позволяет иммобилизовать опасные
компоненты, а из полученной матрицы извлекать ценные палладий, родий, рутений,
которые из обычных «брикетов» после остекловывания не достать. На этой же установке можно
получать нанопорошки из ОЯТ. После экстракции урана и плутония
в растворе остаются редкие элементы, например, иттрий или цирконий. После
переработки в плазме можно получать нанопорошки оксидов данных
элементов.
Для разработки пирохимического способа
переработки ОЯТ в солевых расплавах с последующим извлечением
и повторным использованием урана и плутония ученые Института химии
редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева (ИХТРЭМС Кольского
научного центра РАН) изучают электрохимические свойства галогенидов самария для
разделения актиноидов и лантаноидов при переработки отработавшего ядерного
топлива.
СВЧ-технологии
для переработки радиоактивных отходов
Использование СВЧ излучения в области обращения
с РАО — перспективный технологический подход, позволяющий повысить
эффективность и безопасность их переработки. СВЧ-энергия обеспечивает
равномерный нагрев и минимизирует температурные градиенты по всему объёму
обрабатываемого материала [11].
СВЧ-технологии используют для упаривание жидких отходов; кальцинации (обработка
кальцинирующим агентом для перевода соединений в более устойчивую форму; остекловывания.
Специалисты из
ИТЦП «Прорыв», ВНИИНМ, СХК, ГЕОХИ РАН и НИИАР с помощью СВЧ-излучения получили
из азотнокислых растворов порошки оксидов урана и плутония для нитридного
топлива без образования жидких РАО.
В ГЕОХИ РАН была показана возможность
получения с использованием СВЧ излучения порошка U(Pu,Np)O2 из азотнокислых
растворов в атмосфере аргона с 5% водорода. Использование СВЧ излучения Pu
снижает объем жидких РАО с высоким содержанием актинидов в 4,5 раза. На опытной
СВЧ установке получены порошки диоксидов U и U с Ce с последующим переводом в
порошок нитридов.
В НИЯУ МИФИ было показано, что СВЧ-излучение может
модифицировать цементные растворы, повышая прочность цементного камня и
цементо-песчаного раствора.
СВЧ-нагрев ускоряет процесс концентрирования отходов для
их последующего отверждения; используется для нагрева при плавлении
стеклообразующих компонентов и включения в стеклофосфатную или боросиликатную
матрицу высокоактивных отходов; позволяет производить обработку РАО непосредственно в контейнерах -
ввод СВЧ-излучения внутрь стального контейнера с РАО позволяет проводить
кальцинацию и спекание РАО перед герметизацией, исключая риск радиационного
разложения воды с выделением взрывоопасной смеси газов.
При этих методах необходимо
учитывать диэлектрические свойства материалов. Для эффективного СВЧ-нагрева при
переработке РАО лучше всего подходят материалы с высоким тангенсом угла
диэлектрических потерь. Чем он больше, тем активнее материал поглощает
СВЧ-излучение и нагревается. Лучшие кандидаты для СВЧ-упаривания - растворы солей, ионообменные смолы в водной
среде, пульпы, содержащие воду.
Остекловывание является
одним из главных направлений применения СВЧ-энергии для прямого отверждения
жидких радиоактивных пульп, в том числе сложного химического состава. Особенно
перспективно остекловывание
непосредственно в контейнере, предназначенном для хранения.
СВЧ-энергию вводят внутрь металлического контейнера с пульпой, шламом или
другими высокоактивными материалами, позволяя провести все стадии (от
обезвоживания до варки стекла) в одном месте, без промежуточного розлива
стекломассы. Такие исследования проводились
на Горно-химическом комбинате совместно с ВНИИНМ, НИКИМТ и НПО РИ. Разработка технологии выпаривания и кальцинации
проводилась во ВНИИНМ, ПО «Маяк», Радиевом институте, МосНПО «Радон».
СВЧ-технологии позволяют
работать с разными соотношениями твёрдой и жидкой фаз в суспензиях. При этом
обеспечивается высокий КПД
преобразования энергии (до 80%). Энергия идёт прямо в
материал, а не теряется при передаче через стенки аппарата.
Использование
СВЧ-пиролиза для утилизации отработанных ионообменных смол позволило добиться
снижения массы отходов на 84%. При обработке радиоактивных нефтяных шламов СВЧ
применяют для селективного удаления воды и нефти, концентрируя радионуклиды в
твёрдой фракции, что упрощает безопасное хранение.
В России технологию отрабатывали на ФГУП «ПО „Маяк"»,
испытывали установки типа МВН-1М и «Мега». В промышленном масштабе метод
СВЧ-нагрева внедрили на комплексе по очистке вод спецканализации на «Маяке».
СВЧ-разогрев применяют и как стартовый этап для последующего плавления в
других типах установок (индукционных), что позволяет ускорить запуск процесса и
повысить надёжность.
В ГЕОХИ РАН СВЧ-излучение используется для промышленного
получения оксидного и смешанного топлива. При нагреве в печах часть
радиоактивных нуклидов попадает в выпариваемый раствор азотной кислоты,
образуя жидкие РАО. СВЧ-нагрев позволяет отводить воду и азотную кислоту,
оставляя весь объем оксидов урана и плутония в печи. В перспективе
СВЧ-нагрев планируется использовать при изготовлении СНУП-топлива
для реакторов БРЕСТ-ОД‑300, БН‑1200М и БРЕСТ‑1200.
Индукционное плавление с «холодным тиглем»
Самой эффективной формой
для захоронения высокоактивных отходов от переработки ОЯТ считается
остекловывание [12]. Для
остекловывания РАО на РХЗ ПО «Маяк» используют печи прямого электрического
нагрева, имеющие ограниченный ресурс работы (пять лет), и эти печи используются
только для синтеза алюмофосфатного, но не более радиационно стойкого и
включающего большее количество отходов в матрицу боросиликатного стекла (В.
Кащеев, зам. гендир., дир. НТО по обращению с ОЯТ и РАО ВНИИНМ).
В качестве альтернативы
электропечам ученые «Росатома» разрабатывают индукционные плавители с холодным
и горячим тиглями. Над «горячей» технологией работает Радиевый институт им.
В.Г.Хлопина. Индукционные плавители с холодным тиглем (ИПХТ) разрабатывает ВНИИНМ им. ак. А.А. Бочвара. Плавление производится
в аппарате с водо-охлаждаемыми металлическими стенками с температурой 50–70°С.
«На внутренних холодных стенках тигля образуется тонкий слой
нерасплавленного стекла, не позволяющий контактировать расплаву с материалом
тигля, защищающий тигель от коррозии, обеспечивая высокий ресурс работы
оборудования — более 10 лет (Д. Сунцов, нач. отд. ВНИИНМ).
Низкая производительность
ограничивает применение данной технологии для большинства жидких ВАО, генерируемых
на предприятии. На предприятии рассматривается использование ИПХТ
диаметром 500 мм для остекловывания ЖРО химико-металлургического производства.
Для РХЗ
Сибирского химкомбината ВНИИНМ совместно с Радиевым институтом спроектировали
установку с индукционным нагревом для остекловывания средне-активных РАО боросиликатным
стеклом с двумя узлами плавления: с горячим и холодным тиглем.
Горячий тигель нагревают до 1150°C переменным магнитным полем. Холодный
тигель остается холодным даже в самые жаркие моменты работы за счет водо-охлаждаемых
стенок. 
