ss69100 (ss69100) wrote,
ss69100
ss69100

Category:

Настоящие, а не придуманные проблемы с рутением

Отчет МАГАТЭ о ситуации, сложившейся в Европе с фиксированием в воздушных пробах радиоактивного изотопа рутения-106 в конце сентября – начале октября, появился на официальном сайте этой организации 19 октября.

Публикуя статью по этому поводу, Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru был абсолютно уверен, что на этом псевдосенсация и закончилась.

И действительно, через 2-3 дня после вердикта «главной атомной организации» слово «рутений» со страниц западных СМИ бесследно исчезло, вместе с нелепой версией о том, что утечка была допущена на атомных объектах России.

Догадаться, что через месяц Росгидромет примет решение начать волну радиофобии уже в нашей стране, мы не смогли – Нострадамусов в роду не числится.

Но рутений-106 – это не только три, а то и четыре легкоусвояемых информационных вброса, но и весьма серьезная проблема для атомного проекта. Проблема давняя, но пока так и не решенная, и вот это гораздо важнее, чем паника по поводу того, что содержание рутения-106 в воздухе меньше предельно допустимой концентрации не в 10’000, а всего лишь в 270 раз.

Авторитетный журнал «Атомный эксперт» попросил коротко напомнить, в чем тут дело и мы, разумеется, отказывать не стали, а заодно и поделились рядом соображений по поводу того, как организован мониторинг радиационной обстановки в Европе.


Конечно, есть подозрения, что «язык», на котором написана статья, несколько отличается от обычного стиля Геоэнергетики, но это всего лишь маленькая слабость, которую себе позволил наш главный редактор – впервые за последние два года он не стал заниматься «переводом» текста на «человеческий». Предлагаем понять и простить – он готов ответить на все вопросы по поводу использованной терминологии.

Совсем недавно в СМИ отшумела-отгремела сенсация о том, что в воздухе над Европой были обнаружены совсем небольшие, но вполне измеримые концентрации радиоактивного изотопа рутения. Долго эта сенсация не продержалась — меньше месяца прошло с того момента, как немецкие радиологи нашли в пробах воздуха 106Ru и сочинили фантастическую версию об утечках с нашего «Маяка», до того момента, когда МАГАТЭ эту версию опровергло.

Шумиха утихла, журналисты успокоились. Удивительным образом это не вызвало даже признаков дискуссии о том, что же такое 106Ru, что он «забыл» на Урале, по каким таким причинам станции наблюдения за радиологической обстановкой в обязательном порядке настроены на «поимку» рутения. А между тем радиоактивные изотопы рутения заслуживают вдумчивого анализа.

Почему они остаются проблемой, представляют потенциальную радиоактивную опасность? Что нужно сделать, чтобы решить эту проблему окончательно? Достаточно ли существующей системы предупреждения и оповещения, чтобы изотопы рутения не причинили вреда населению?

Если говорить о потенциальной угрозе радиоактивного изотопа рутения, то нужно оценивать ее грамотно, не пытаясь гнаться за сенсационностью. 106Ru — наиболее долгоживущий радиоактивный изотоп рутения с периодом полураспада 373,6 суток, радиоактивный и радиотоксичный.

106Ru подвержен бета-распаду, в результате которого образуется 106Rh, который затем, практически сразу, испытывает еще один бета-распад с образованием уже стабильного 106Pd. Эти два бета-распада порождают электроны широкого спектра энергий вплоть до 3 МэВ и сопровождаются гамма-излучением (наиболее сильные линии — 511 и 622 кэВ).

Допустимый предел годового поступления радиоактивных изотопов рутения через органы дыхания — от 1,4 до 21 микрокюри, критические органы — желудочно-кишечный тракт и легкие. Концентрация 106Ru в пробах воздуха над европейскими странами была настолько мала, что не представляла ни малейшей угрозы здоровью населения, поэтому столь пристальное внимание к его появлению было совершенно надуманным. На этом обсуждение осеннего инцидента и следует прекратить — не было никакой реальной угрозы здоровью человека, а то, что станции радиологического контроля смогли зафиксировать столь малые концентрации 106Ru, можно считать их своеобразным тестированием, которое убедительно доказало, что станции работают на хорошем техническом уровне.

103Ru и 106Ru — старинная, но не желающая уходить в прошлое проблема атомной энергетики. Дело не в физических, а в химических их свойствах. Рутений — металл платиновой группы, в химических соединениях проявляющий валентность от 0 до 8, девять вариантов. Из-за этого рутений активно вступает в самые разные соединения, в том числе и в широкий класс нитрозосоединений, содержащих группировку RuNO, в которой рутений трехвалентен. Эти комплексные соединения отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью, что и вызывает огромные проблемы при переработке ОЯТ атомных реакторов.

Рутений различного изотопного состава — один из продуктов деления как урана, так и плутония; на момент окончания облучения топлива в реакторе активность наиболее долгоживущего радиоактивного изотопа 106Ru достигает 2,01 Бк на тонну ОЯТ. Среднее время выдержки ОЯТ перед радиохимической переработкой на заводе «Маяк» — от 6 до 10 лет. Следовательно, к моменту окончания переработки 106Ru квалифицируется как высокоактивный радиоактивный отход. В соответствии с «Основными санитарными правилами обеспечения радиоактивной безопасности», выделенный из ОЯТ 106Ru должен храниться в течение 40 лет. Как видим, уже по этой причине рутений является проблемой, поскольку входит в состав ВАО со всеми вытекающими отсюда сложностями: хранение, остекловывание, захоронение.

Конечно, рутений, из-за целого ряда его полезных свойств, востребован в различных отраслях промышленности, в последнее время его стали использовать и в ядерной медицине. Добавки рутения значительно повышают твердость, прочность, электросопротивление и коррозионную стойкость сплавов. Рутений вводят вместо дорогостоящего иридия в сплавы (с платиной и палладием), используемые для изготовления износостойких деталей различных измерительных приборов, мощных и слаботочных электроконтактов, ювелирных изделий.

Из сплавов иридия с рутением изготовляют электроды термопар, эксплуатируемых до температуры 2’000 °C. Однако процесс выделения рутения из состава ВАО слишком дорог и поэтому совершенно нерентабелен. Ученые работают над уменьшением себестоимости процесса, но до промышленного применения экспериментальных методов пока далеко. В любом случае, это уже физическая сторона проблемы, причем проблемы того рутения, который удалось выделить из состава ОЯТ.

В ядерной медицине водные растворы 106Ru низкой концентрации используются в качестве аппликаторов при терапии раковых заболеваний глаз. Высокая себестоимость извлечения 106Ru из состава ВАО вынуждает использовать для его наработки циклотроны, что значительно дешевле. Разумеется, правила обращения с 106Ru в лабораториях, оснащенных циклотронами, весьма строгие, но данные о фиксации 106Ru над странами Европы не оставляют сомнений: утечка произошла в одной из таких лабораторий.

Идентифицировать источник утечки рутения так и не удалось, поэтому остается только надеяться, что сотрудники всех таких лабораторий внимательно отнесутся к инциденту и примут дополнительные меры предосторожности при работе с изотопом.

Для замыкания ядерного топливного цикла нашим радиохимикам нужно уметь выделять из ОЯТ сохранившиеся в нем 235U и образовавшиеся изотопы плутония, только в этом случае удастся произвести МОХ-топливо для реакторов на быстрых нейтронах. Наличие рутения в составе МОХ-топлива недопустимо из-за того, что у этого химического элемента весьма высокое сечение захвата нейтронов, поэтому «вычищать» рутений необходимо максимально тщательно. Выделение урана и плутония осуществляется при помощи PUREX-процесса, что и вызывает проблемы, связанные с рутением.

Первая и совершенно необходимая стадия PUREX-процесса — растворение ОЯТ в азотной кислоте. Как только появляется азотная кислота, возникает проблема рутения. Часть рутения при взаимодействии с ней превращается в те самые комплексные нитрозосоединения самого разного состава. Группировка RuNO позволяет нитрозосоединениям взаимодействовать как между собой, так и с другими ионами, находящимися в растворе, они гидролизуются и даже объединяются в неорганические полимерные молекулы. Комплексы совершенно разные, но разделить и идентифицировать их трудно, так что химики вынуждены работать со всеми нитрозосоединениями рутения одновременно.

Существует несколько методов отделения урана и плутония от «осколков» деления; от части этих методов инженеры постепенно отказались, остановившись на самых эффективных и результативных.

Один из таких методов — ионообменный, при котором раствор, содержащий различные ионы, проходит через систему ионообменных аппаратов. При этом уран и плутоний задерживаются ионитами в аппаратах, а прочие элементы свободно проходят через всю систему. Проходят практически все «осколки» деления, но рутений — только частично, часть его остается на ионообменнике вместе с ураном и плутонием.

В другом методе отделения урана и плутония — осадительном — уран и плутоний переводятся в осадок набором химических реактивов, при этом «осколки» деления остаются в растворе, однако некоторое количество рутения остается в осадке вместе с ураном и плутонием.

При очистке методом экстракции ядерное топливо извлекается из водного раствора органическими растворителями, «осколки» деления остаются в водной фазе, но опять же не все — рутений частично остается в органической фазе, в коллоидах, вместе с ураном и плутонием.

Проблему очистки ядерного горючего от рутения ученые пытались решить, применяя сухие методы, исключающие растворение урановых блоков. Вместо азотной кислоты их обрабатывали фтором. Предполагалось, что уран при этом перейдет в летучий гексафторид и отделится от нелетучих фторидов «осколочных» элементов. Но рутений и тут остается верен себе — оказалось, он тоже образует летучие фториды.

Борьбе с радиоактивным рутением уделяют много внимания физики, химики, технологи и особенно радиохимики многих стран. На I (1955 год) и II (1958 год) Международных конференциях по мирному использованию атомной энергии в Женеве этой проблеме было посвящено несколько докладов. Прошло полвека, однако до сих пор нет оснований считать борьбу с рутением оконченной успешно, и, видимо, химикам придется еще немало поработать для того, чтобы эту проблему можно было перевести в категорию окончательно решенных.

В настоящее время проблему рутения удается решать только применением трехкратной экстракции, при которой используется трибутилфосфат (ТБФ). Главное преимущество ТБФ как экстрагента — его способность извлекать из азотнокислого раствора уран и плутоний, значительно более высокая, чем у любых других экстрагентов.

Заметим, что из трех этапов экстракции второй и третий используются только для решения проблемы нитрозосоединений рутения. Для удаления долгоживущих изотопов цезия, стронция, иттрия, редкоземельных металлов достаточно одной стадии экстракции. И даже тройная экстракция не позволяет окончательно избавиться от рутения — чтобы «вытащить» его из коллоидов урана и плутония, требуется дополнительная очистка на абсорбентах.

Рутению радиохимики обязаны и тем, что растворы урана и плутония в азотной кислоте приходится очищать и во время предварительных этапов, до начала работы экстракционных колонн. Каждый этап, каждая стадия очистки ядерного топлива от соединений рутения — это дополнительные расходы, которые радиохимические заводы вынуждены нести, чтобы получить нужный результат — уран и плутоний максимальной чистоты.

Следовательно, именно этому химическому элементу мы во многом обязаны высокой себестоимостью МОХ-топлива — проблемой, которая вызывает трудности при осуществлении программы реакторов на быстрых нейтронах.

Проблема актуальна для России даже больше, чем для других стран, поскольку в БН-реакторах изотопов рутения нарабатывается в два раза больше, чем в тепловых, а два промышленных БН-реактора работают только в нашей стране. Извлечение рутения из ОЯТ быстрых реакторов, таким образом, обходится еще дороже, требует еще бóльших усилий. Пройдет не так уж много времени, и мы начнем получать информацию о том, как пойдут дела с переработкой облученного МОХ-топлива.

Но поскольку физика процесса деления ядер не изменится, не приходится сомневаться, что и в этом случае радиохимикам предстоит борьба с нитрозосоединениями рутения. Химики по-прежнему не могут предложить менее дорогостоящих способов избавления от этого удивительно «навязчивого» элемента, и это реальная проблема, в отличие от повода для той шумихи, которая была устроена совсем недавно. Остается только сожалеть, что разговоры о рутении не сподвигли ни одно СМИ на анализ по-настоящему серьезных проблем, связанных с этим химическим элементом.

Отдельного анализа заслуживают и действия МАГАТЭ. В круг его задач совершенно естественным образом входят все проблемы, связанные с радиационной обстановкой. Разумеется, мониторинг этой обстановки — чрезвычайно важная функция, от нее напрямую зависит возможность оперативного реагирования на любые риски, связанные с утечкой радиоактивных элементов на многочисленных европейских и российских атомных объектах.

С целью координирования этой работы МАГАТЭ создало дополнительную структуру — IEC, Центр по инцидентам и аварийным ситуациям. Но при этом мониторинг пунктов наблюдения за радиационной обстановкой как был, так и остается на национальном уровне — каждая страна, входящая в МАГАТЭ, ведет его самостоятельно. В 2011 году МАГАТЭ создало USIE, унифицированную систему для сбора информации об инцидентах и чрезвычайных ситуациях на ядерных объектах.

По своей сути USIE — это закрытый для незарегистрированных пользователей сайт, база данных которого структурирована так, чтобы ответы на заданные вопросы можно было получить максимально оперативно. Да, как показала история с рутением, для пользователей это действительно удобно, но вот сбор данных вызывает массу вопросов.

Данные наблюдений в базу USIE страны — члены МАГАТЭ передают… на добровольных началах. Или, соответственно, не передают. Когда МАГАТЭ через IEC запросило данные по наблюдениям за рутением у всех европейских стран, ответ был получен только от 37 из них, шесть ответили, что у них нет оборудования, позволяющего замерять уровень содержания рутения в пробах воздуха.

Россия предоставила данные со всех своих пунктов наблюдения — собственно, именно это и стало причиной того, что МАГАТЭ отвергло все нелепые обвинения в наш адрес. Но никаких полномочий принять хоть какие-то меры воздействия к тем странам, которые ничего не ответили на вопросы IEC, к тем, у кого пункты контроля недостаточно хорошо оборудованы, у МАГАТЭ просто нет. Для того чтобы проанализировать обстановку, МАГАТЭ… попросило предоставить ему данные. Не потребовало, не имело их изначально, а именно попросило.

Вот прямая цитата из «Сводки по ситуации» с официального сайта МАГАТЭ:

«IEC при МАГАТЭ направил официальные просьбы государствам-членам ответить на два следующих вопроса: 1. Были ли произведены измерения 106Ru в воздухе, и если да, могут ли результаты быть переданы в МАГАТЭ? 2. Произошли ли какие-то события недавно в тех странах, где было зафиксировано появление 106Ru, и если да, то может ли информация быть передана в МАГАТЭ?»

При таком подходе совершенно не очевиден смысл существования IEC — эта структура должна задавать вопросы, чтобы получать на них ответы или не получать, если те, к кому вопрос обращен, не желают отвечать. Сентябрьский инцидент с рутением не представлял никакой опасности для населения, но он стал тревожным звоночком о том, что контроль МАГАТЭ за организацией мониторинга радиационной обстановки явно недостаточен.

Уровень развития компьютерных технологий и систем связи вполне позволяет создать центральную базу данных, в которую все данные мониторинга из всех стран — членов МАГАТЭ будут поступать в автоматическом режиме, без вопросов и ответов. Только в этом случае у IEC появится возможность оперативно оценивать радиационную обстановку и своевременно реагировать на любые тревожные сигналы.

Источник: Атомный Эксперт
Фото: chieta.org.za


Б. Марцинкевич


***



Источник.

Tags: Европа, Марцинкевич, Россия, технологии, физика, химия
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments