Контейнер для хранения отвержденных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), способный заменить несколько традиционных, разработали ученые Уральского федерального университета (УрФУ), сообщает 27 сентября пресс-служба вуза.

Контейнер рассчитан на хранение отходов, содержащих цезий-137 и кобальт-60, — наиболее потенциально опасных из всех радиоактивных отходов из-за большого времени полураспада, и обеспечивает защиту от излучения во всех направлениях.

ЖРО образуются в процессе эксплуатации АЭС при удалении радиоактивных изотопов из воды, охлаждающей активную зону реакторов, или при дезактивации оборудования атомных станций во время вывода его из эксплуатации.

Для транспортирования и долгосрочного размещения отходов на объектах хранения используются специальные контейнеры.

Высокая функциональность новых контейнеров, разработанных в УрФУ, обеспечивается их оригинальной конструкцией и структурой: они состоят из трех основных слоев, а не обычных двух.

Внутренняя капсула контейнера изготовляется из нержавеющей стали, промежуточный слой состоит из галлуазитовой глины, а внешний слой, бетонный, образует стенки защитного контейнера. В капсуле ЖРО концентрируются в специальном сорбенте, используемом при ионоселективной очистке.

Смоделированные в УрФУ контейнеры снижают излучение от радиоактивных отходов до безопасного уровня, заменяя каждый 5–6 традиционных контейнеров, так как в капсуле вмещается более 450 тыс. куб см радиоактивных отходов.

Результаты исследований нового контейнера приведены в статье «Моделирование трехслойного контейнера на основе галлуазитовой наноглины для захоронения радиоактивных отходов», опубликованной в журнале Progress in Nuclear Energy.

Выбор нержавеющей стали для непосредственного контакта с жидкими радиоактивными отходами объясняется тем, что она более устойчива к коррозии и не требует защитного покрытия, в отличие от углеродистой стали.

Доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ, руководитель исследований и один из авторов статьи Олег Ташлыков рассказал:

«Как правило, такие контейнеры состоят из двух объемов, образующих защитные слои — бетонной стенки и внутренней металлической капсулы с радиоактивным сорбентом (либо внутри контейнера располагается сорбент в цементной матрице). Основным недостатком такой компоновки контейнеров является то, что их экранирующая, то есть защитная, способность ограничена».

Предложенный учеными трехслойный контейнер имеет дополнительный слой между внутренней металлической капсулой и внешней оболочкой. При выборе наполнителя ученые исходили из того, что он должен быть недорогим и при этом эффективно снижать гамма-излучение, испускаемое радиоизотопами, расположенными внутри контейнера.

Ученые в качестве материала для промежуточного слоя исследовали защитные свойства галлуазита — мелкодисперсной наноразмерной белой глины с химическим составом, богатым алюминием и кремнием.

Моделирование значений поглощенной дозы и мощности эквивалентной дозы излучения в детекторах, которые располагались за стенками контейнера, продемонстрировало, что при увеличении толщины внутренней капсулы до 3 см поглощается почти 83% гамма-фотонов, испускаемых РАО.

При толщине наполнителя из галлуазита в 17 см мощность эквивалентной дозы снижается еще примерно на 15%. А 15-сантиметровая бетонная стенка контейнера снижает мощность эквивалентной дозы излучения до безопасных значений.

Олег Ташлыков пояснил принцип работы новой конструкции: «Поглощенная доза уменьшается по мере увеличения толщины стенки капсулы с радиоактивными отходами и слоя галлуазитового наполнителя, потому что увеличивается расстояние, которое проходят гамма-фотоны в эффективно экранирующих материалах».

«Число их взаимодействий с окружающими атомами растет. Сталкиваясь с атомами, они теряют большую часть своей энергии. При этом контейнер обеспечивает защиту от излучения во всех направлениях от контейнера и соблюдение требований по радиационной безопасности при их хранении», — заключил ученый.

Моделирование также показало, что использование предлагаемой модели для переработки одинакового объема ЖРО снизит в пять-шесть раз потребность в контейнерах, чем при традиционной схеме, когда сорбент, содержащий радиоактивные изотопы, смешивается с цементным раствором и размещается внутри контейнера. Это делает разработанный контейнер перспективным для хранения отвержденных ЖРО.

Ученые УрФУ продолжают исследования в поиске оптимальной структуры защитных контейнеров для экономичного и максимально безопасного транспортирования и хранения жидких радиоактивных отходов.