Стеклянных дел мастер
Давно не вызывает сомнения тот факт, что выработка электрической энергии на АЭС – это один из наиболее экологически чистых способов её производства. Рассматриваемые в качестве альтернативных варианты, такие как энергия ветра или солнца, не могут сразу и быстро заменить атомную энергию. Например, согласно прогнозу, в США, в первой половине XXI века на все подобные способы будет приходиться не более 10% вырабатываемой во всём мире энергии. Однако вопросы, связанные с перспективами развития атомной энергетики, её экономическая эффективность и безопасность ставятся под сомнение из-за образования в ядерном топливном цикле опасных радиоактивных отходов и возможного их проникновения в биосферу. Поэтому задача экологически безопасного обращения с радиоактивными отходами наряду с обеспечением безопасной эксплуатации энергоблоков АЭС является важнейшей и первостепенной, решение которой может в значительной мере обеспечить возврат доверия общества к атомной энергетике и её дальнейшее развитие. О проблемах кондиционирования радиоактивных отходов нам рассказал главный специалист отдела технологии обращения с РАО АО «ВНИИНМ» Николай Мусатов, который занимается данным вопросом более 45 лет. Николая Дмитриевича неоднократно привлекали в качестве эксперта для работы в МАГАТЭ, он является одним из самых опытных специалистов в области обращения с РАО и соавтором многих научных публикаций как в России, так и за рубежом. Как и заведено в нашей рубрике «Секреты величия», повествование ведёт сам герой от первого лица.
Я родился в 1949 году в Москве и прожил более 30 лет на Остоженке (бывшая Метростроевская). Окончил в 1966 году школу № 50, где, надо сказать, училось много известных в наше время людей. Например, одно время со мной в одном классе учился Александр Градский, но он тогда был не Градский, а Фраткин. Правда, проучился он в этой школе недолго. Причиной этому стал вопрос, заданный им уже в первый день пребывания: «А есть ли в вашей школе хор?» Причём место, где он задал этот вопрос, было выбрано не совсем удачно, а именно – в отведённом администрацией школы уголке для курения двоечников и отчисленных из школы местных хулиганов. Надо вам сказать, что сделанное Градским заявление вызвало живой интерес у присутствующих, которые в мягкой и ненавязчивой форме тут же попросили его продемонстрировать свои вокальные способности. Александр, нужно отдать ему должное, с блеском исполнил популярный в то время хит «Джамайка». Но, видимо, последующие после этого ежедневные просьбы ещё раз повторить это импровизированное выступление, не совсем входили в творческие планы будущего замечательного певца, и он был вынужден продолжить учёбу в другой школе.
В том же 1966 году я поступил в Московский институт стали и сплавов, который успешно окончил в 1972 году по специальности инженерметаллург. После окончания института меня пригласили во ВНИИНМ в лабораторию № 41, возглавляемую В.В. Куличенко. Лаборатория занималась проблемами обезвреживания радиоактивных отходов разными методами: битумирование, цементирование и остекловывание. В штате лаборатории тогда было 58 человек, разделённых на несколько групп. Одна из них занималась вопросами цементирования и внедрения этой технологии на производственные объекты. Вторая же группа разрабатывала процесс битумирования. Я же был направлен в группу, занимающуюся разработкой стеклоподобных матричных материалов и технологии остекловывания радиоактивных отходов высокого уровня активности (ВАО), возглавляемую Н.В. Крыловой.
Стеклоподобные матрицы для включения ВАО были выбраны не случайно. Люди научились изготавливать стёкла еще за три тысячелетия до нашей эры, то есть «стеклоделию» уже 5 или 6 тысячелетий. Наш век нашёл стёклам совершенно иное применение – изолировать от окружающей среды радиоактивные отходы. Чем же стёкла так привлекательны для иммобилизации радиоактивных отходов? Своей стойкостью к коррозии в водных средах, прочностью, малой восприимчивостью к действию радиации и, конечно же, универсальностью к составам отходов, а значит, малой чувствительностью к изменениям химического состава включаемых в их состав радиоактивных материалов. Поэтому для решения остро стоящей в конце 60-х годов прошлого века проблемы обращения с жидкими ВАО, накопленными на российских предприятиях атомной отрасли, и особенно на ПО «Маяк», в качестве основного направления было выбрано создание промышленной установки остекловывания, которая позволила бы накопленные и находящиеся на временном хранении жидкие ВАО перевести в более безопасное состояние, то есть в стекло.
Сущность процесса остекловывания заключается в следующем: к солям, содержащимся в жидких радиоактивных отходах, добавляют специальные компоненты, в нашем случае – фосфорную кислоту. После смешивания в определённых пропорциях необходимых для получения стекла компонентов полученный раствор направляется в плавитель, где по мере нагревания последовательно проходят процессы обезвоживания (испарение воды), кальцинации (процесс перевода содержащихся в РАО солей в соответствующие оксиды) и плавления стекломассы. Полученный в результате остекловывания конечный продукт характеризуется значительно меньшим объёмом по сравнению с исходными жидкими отходами, а также существенно увеличивает экологическую безопасность при дальнейшем хранении. Вот с этих работ я и начал свою трудовую деятельность во ВНИИНМ, которой занимаюсь уже более 45 лет.
Результаты, полученные коллективом учёных, где мне представилась возможность работать, были потом использованы при создании первого в мире цеха остекловывания с крупнотоннажными плавильными печами с производительностью до 500 л/ч по жидким ВАО (ЭП-500). Первая печь была запущена на ПО «Маяк» в 1987 году. В настоящее время эксплуатируется уже 5-я по счёту печь подобной конструкции. За это время было переработано 640 млн кюри радио активных нуклидов. Для сравнения: при аварии в Чернобыле выброс активности составил около 60 млн кюри.
За свой скромный вклад в разработку технологии остекловывания я был награждён золотой медалью ВДНХ. Хорошо помню момент, когда моего старшего сына водили на экскурсию на ВДНХ, в павильоне атомной промышленности он и его школьные товарищи увидели макет печи ЭП-500. На прикреплённой под экспонатом табличке с указанием принимавших в создании этого экспоната авторов была и моя фамилия. Увидев эту табличку, мой сын с мальчишеской гордостью сказал: «Это мой папа!»
В настоящее время наше отделение продолжает разработку технологии и оборудования для переработки РАО. Теперь мы перешли на разработку малогабаритных дистанционно удаляемых плавителей на базе плавителя с холодным тиглем с высокочастотным индукционным разогревом стекломассы (ИПХТ), которые характеризуются высокой удельной производительность при малых габаритах и отсутствием ограничений по температуре получения стёкол и коррозионной устойчивости конструкционных материалов.
Разработка альтернативных плавителей особенно актуальна применительно к разрабатываемой в настоящее время по программе «Прорыв» энерготехнологии нового поколения на базе реакторов на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом. Отличительной особенностью этой технологии является предельно высокая удельная активность ВАО, образующихся после переработки ОЯТ, которая обусловлена коротким временем послереакторной выдержки перерабатываемого ОЯТ. Надёжная изоляция РАО от переработки ОЯТ с короткой послереакторной выдержкой потребует применения новых матричных материалов и плавителей, позволяющих их получение.
Хочется отметить, что за время работы во ВНИИНМ мне очень повезло с окружающими меня коллегами. Мне посчастливилось вместе работать с академиком РАЕН Павлом Петровичем Полуэктовым. Это был очень интеллигентный человек и знающий специалист, которого сейчас нам очень не хватает. Из представителей старой бочваровской школы в отделении продолжают работать доктор химических наук Олег Александрович Устинов, доктор технических наук Владимир Иванович Волк, Веселов Сергей Николаевич и другие. Эти люди живут работой, настоящие профессионалы. Появляется и достойная смена, что не может не радовать.
В заключение хотел бы отметить, что считаю область науки, в которой мне представилась возможность работать, очень важной и необходимой. Для того, чтобы не оставлять проблемы с РАО, образующимися на предприятиях атомной промышленности, нашим детям и внукам, необходимо создавать промышленные установки и хранилища РАО, основанные на принципах безопасности, исключающих аварии с рапространением радионуклидов в окружающую среду. Надеюсь, что наши преемники достойно продолжат это важное дело.
