Этот коварный тритий

Этот коварный тритий

Однако история наша была бы неполной без второй ее сюжетной линии – эпопеи с очисткой воды от трития. Да-да, от того самого зловредного, радиоактивного (период полураспада – 12,3 года) изотопа водорода. Виктор Петрик и здесь ухитрился вляпаться по самые уши.

Так чем же тритий заинтересовал старого мерзавца и шарлатана?

Тритий опасен для здоровья. Но трития в естественном виде на планете мало – не более 4 килограммов. В воде, которую мы пьем, его нет. Однако есть и техногенный тритий. Прежде всего есть тяжеловодные канадские реакторы КАНДУ, которые выделяют тритий.

Да, читатель, Канада работает на тяжеловодных ядерных реакторахтипа CANDU («CANada Deuterium Uranium» – http://ru.wikipedia.org/wiki/CANDU). Эти реакторы – развитие тех «атомных котлов» на тяжелой воде, что испытывались еще в Третьем рейхе. CANDU могут работать на природном, не обогащенном уране, сильно удешевляя атомную энергию. Одна беда: в их тяжеловодных замедлителе и теплоносителе накапливается тритий, который никто на Западе удалять приемлемым способом не может (http://en.wikipedia. org/wiki/CANDU_reactor#Tritium_emissions).

Тот, кто создаст такую технологию, совершит прорыв всемирного значения. Ибо, обезопасив КАНДУ, можно сделать атомную энергию намного более доступной и выгодной, нежели сегодня.

Вы представляете, что это значит? Боюсь, что нет.

Поясню. Нынешние реакторы требуют для работы чрезвычайно дорогой уран-235. Его в урановой руде – всего 0,4 %. Остальное – это уран-238. Чтобы выделить из природного урана ценный изотоп 238, приходится держать огромную, экологически опасную отрасль по переработке природного урана. Там уж точно – в грамм добыча, в год – труды. Кроме того, запасы урана-238 истощаются. Особенно – в РФ, атомная отрасль которой после развала СССР лишилась 90 % урановых месторождений.

Росфедерация располагает только одним рудником – небезызвестным «Приаргунским производственным горно-химическим объединением» в Краснокаменске. «ППГХО» ведет добычу уже более 30 лет, а это значит, что самые рентабельные руды уже отработаны, шахты становятся все глубже, себестоимость руды растет, а балансовые запасы наполовину уже отработаны. В последние годы комбинат выдает 2500 тонн урана в год, а суммарные современные потребности России с учетом экспортных обязательств составляют порядка 9000 тонн. Россия, кроме внутренних потребностей, еще поставляет ТВЭЛ в страны, в которых СССР построил атомные станции. В этот список входят Армения, Болгария, Чехия, Венгрия, Литва, Румыния, Словакия и Украина.

Вот если бы сделать так, чтобы АЭС работали на не обогащенном уране, которого в 250 раз больше!

Тяжеловодные реакторы КАНДУ позволяют работать на не обогащенном уране, резко снижая затраты на ядерное топливо. В них можно дожигать облученное реакторное топливо, полностью замкнув ядерный топливный цикл и многократно уменьшая объем отходов АЭС. Последние усовершенствования канадских разработчиков конструкции активной зоны CANDU – 6 позволили достичь нулевого коэффициента радиоактивности в случае аварийной потери теплоносителя.

Но вот беда – решая проблему с дешевым топливом для реакторов, ты получаешь проблему трития, попадающего в окружающую среду. Именно поэтому тяжеловодные реакторы в канадской провинции Онтарио (государственная компания «Ontario Power Generation») превратились в серьезную проблему. Канадцы не просто перестали строить ядерные установки такого типа – они думают, не закрыть ли имеющиеся? Как пишет канадский ветеран-атомщик Ф. Р. Грининг (http://www.atominfo.ru/news/air4644. htm), у КАНДУ, строившихся в 1960-е годы, тьма проблем. И одна из них – все тот же тритий.

«В типичном реакторе CANDU содержится порядка 450 тонн тяжелой воды (D2O – дейтерий два о. – М. К.) общей стоимостью, как минимум, 250 млн. долларов. В тяжелой воде при активации нейтронами образуется тритий, который впоследствии химически связывается в оксид дейтеротрития – DТО. В реакторах CANDU, построенных в Онтарио, образуется в среднем 1,5 млн. Ки трития в год на каждом из блоков.

Несмотря на все усилия персонала, на CANDU регулярно происходят утечки тяжелой воды. Большую часть D2O удается собрать, восстановить и вернуть в систему. Однако значимые объемы D2O выходят из гермооболочки и попадают в окружающую среду через вентиляционную трубу.

Реакторы в Пикеринге, Брюсе и Дарлингтоне сбрасывают в атмосферу до 0,5 кг D2O в час. Зная концентрацию оксида дейтеротрития в Dp, можно рассчитать, что каждая из венттруб CANDU добавляет в окружающую среду 5000 Ки трития в год.

Контроль за эмиссией трития производится при помощи систем сбора влаги и водных паров в контейнменте (защитной оболочке реактора. – М. К). Эти системы дорогостоящи и трудоемки в обслуживании, и их наличие на станции вносит весомый вклад в расходы на эксплуатацию реакторов CANDU…»

Таким образом, проблема крайне остра. Канадские АЭС Дарлингтон, Брюс (А и В), Пикеринг (тоже А и В) и Пуан-Лепро – опасные «поставщики» трития в природу. Но если решить проблему трития, то ядерная энергетика получит резкое ускорение. Это действительно станет прорывом всемирно-исторического значения.

Тритий опасен. Распад его сопровождается довольно интенсивным бета-излучением. При попадании трития внутрь организма человека с воздухом или водой, он представляет серьезную угрозу для здоровья. Тритий, будучи изотопом водорода, химически ведет себя так же, как водород, и поэтому способен замещать его во всех соединениях с кислородом, серой, азотом, легко проникая в протоплазму любой клетки. В этом случае испускаемое тритием бета-излучение ведет к поражению жизненно важных органов, разрыву связей в ДНК и приводит к генетическим мутациям. Исследования, посвященные поведению трития в биологических объектах, свидетельствуют о его подчас тысячекратном накоплении в живых организмах и пищевых цепочках. Тритий не улавливается системами водоочистки и водоподготовки.

Тритий попадает в окружающую среду не только из тяжеловодных реакторов. Идет и накопление загрязненных тритием тяжеловодных и легководных отходов, в том числе образующихся при снятии с вооружения ядерных боеприпасов. Это привело к тому, что ежегодная скорость образования и накопления техногенного трития в глобальном масштабе (килограммы или десятки миллионов Ки в год) стала во много раз превышать скорость образования его естественным путем (0.2 Кг или 2.105 Ки в год). За последние сорок лет (с 1960 по 2000) выбросы трития с предприятий ядерного топливного цикла выросли в 50 000 раз и составили примерно 1019 беккерелей. При этом выделяется как непосредственно на АЭС, так и на заводах по переработке топлива. Ситуация еще более усложнится в случае развития термоядерной энергетики. И хотя сей изотоп водорода имеет период полураспада в 12,3 года, должно пройти несколько циклов полураспада, чтобы он стал безопасным.

Конечно, технологии «детритизации» в мире есть. Только очень недешевые. Экономически, увы, нецелесообразные. Скажем, вот отделение трития от водорода методом низкотемпературной ректификации водорода (Франция, Гренобль). Или, например, ректификация воды с рекомпрессией пара (опытная установка фирмы «Зульцер»). Или, к примеру, химический изотопный обмен в системе вода – сероводород, вода – водород, вода – аммиак (экспериментальные установки). Есть, наконец, адсорбционная очистка с использованием цеолитов и некоторых металлов. Эффективность и экономическая целесообразность выделения и концентрирования трития из тритийсодержащих отходов с помощью разделительных установок определяется, в конечном счете, энергетическими затратами на процесс разделения изотопов водорода: протия, дейтерия и трития. А они получаются огромными. Петрик же смог сделать новую технологию, стоящую вне конкуренции по своей дешевизне.