Ученые Томского политехнического университета работают над технологией очистки радиоактивного углерода. Очистка происходит путем разделения его на изотопы под воздействием магнитного поля. Такой способ позволяет изъять из углерода, использовавшегося в кладке атомного реактора, радиоактивный элемент, а оставшийся графит применять повторно. По подсчетам политехников, их технология в разы дешевле существующих.

В основе метода, разрабатываемого учеными в Томском политехе, лежит исследование свойств изотопов. Изотопы — это разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся атомной массой, а поэтому и всеми остальными физико-химическими свойствами. Изотопы применяются в различных сферах науки и техники: атомная энергетика, микроэлектроника, химия, биология, медицина.

Для ядерной промышленности важную роль играет изотоп углерода. Во всем мире существует множество уран-графитовых ядерных реакторов, в активной зоне которых находится графитовая кладка.

В результате работы реактора в этой кладке под действием нейтронного излучения накапливается радиоактивный изотоп углерода. Именно он, несмотря на незначительное содержание (менее 0,1% от общего количества углерода), представляет опасность для человека.

Томские ученые предложили использовать технологию магнитного воздействия для выделения радиоактивного изотопа из графитовой кладки реактора. Основой этого способа является воздействие магнитным полем на физико-химические процессы в газовой фазе. Разработка политехников позволит изъять из графита, использовавшегося в кладке ядерного реактора, радиоактивный изотоп углерода.

«Мы изучаем воздействие магнитного поля на газофазные химические процессы, что увеличивает эффективность разделения изотопов. Это связано с тем, что все элементарные частицы имеют спин — «маленькую магнитную стрелку». Под воздействием внешнего постоянного магнитного поля все спины ориентируются вдоль магнитного поля и прецессируют, что можно использовать для сепарации изотопов. В результате продукт реакции и исходное вещество оказываются обогащены по разным изотопам», — поясняет профессор кафедры технической физики Физико-технического института ТПУ Вячеслав Мышкин.

Ученые вуза выявили порядка 30 известных методов сепарации изотопов, эффективность которых можно увеличить благодаря магнитному воздействию.

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают перспективность этой технологии: на плазменном реакторе политехникам удалось показать возможность разделения стабильных изотопов углерода.

«Технология очистки графита предусматривает его испарение с помощью низкотемпературной плазмы, в результате чего образуются атомарный углерод. При этом один из изотопов углерода преимущественно окисляется, а другие остаются в исходной фазе и образуют сажу, которую можно использовать повторно. Плазма также позволит разложить на углерод и кислород образующийся угарный газ, содержащий, например, радиоактивный изотоп», — добавляет профессор Вячеслав Мышкин.

Магнитное воздействие перспективно как для использовавшегося ранее метода газовой диффузии, так и для современных технологических процессов в различных сферах деятельности госкорпорации «Росатом». Сложность этой технологии в том, что спин ядра позволяет увеличивать скорость химической реакции одного из изотопов только при определенном соотношении величины магнитного поля, температуры и концентрации реагентов. Создание адекватной математической модели для поиска идеальных параметров — одна из приоритетных задач. Сейчас ученые ТПУ продолжают совершенствовать свой метод совместно с коллегами из Северска и Железногорска.

Решение о переработке графита своевременно и актуально. 18 энергетических реакторов РБМК, в том числе 11 РБМК 1000 в России (не считая исследовательские), 4 блока РБМК 1000 у наших братьев в Чернобыле (Украина), а также 2 блока ВВЭР 1500 в Игналине (Литва) содержат около 35 тыс. тонн графита – работа на долгие годы. Опыт организации подобного цикла (химия и обогащение урана) в атомной отрасли есть. Главное – оперативно создать промышленную технологию, запатентовать и за хорошие деньги предложить эту услугу нашим соседям, которую самим им создать будет непросто. Отказаться от этой услуги им будет трудно, поскольку держать на остановленном реакторе до 800 человек персонала – удовольствие дорогое. Томичи предлагают электромагнитный способ, производительность его невысока, но ведь и процесс вывода реакторов из эксплуатации – тоже процесс длительный.