Тут на фоне истерики с рутением стали познавательные статейки попадаться
Неочевидные тонкости ЗЯТЦ: толика алхимии
ОЯТ (отработанное ядерное топливо) принципиально состоит из трёх компонентов. Это:
- топливо - либо сгорающее в реакторе, либо способное с захватом нейтрона превратиться в то, что сгорит. Тяэёлые металлы - уран, плутоний, нептуний, кюрий и т.д. Именно на этом делают акцент при описании ЗЯТЦ, именно это извлекают;
- нейтральные атомы (всякие кислороды, нужные для получения из того же урана нейтральной прочной керамики, металл сборок - цирконий или сталь, и т.п.). Они могут быть (и часто есть) активированы, поэтому зачисляются в радиоактивный мусор, несмотря на то, что их активность (относительно) невелика;
- продукты деления, осколки, чрезвычайно радиоактивный супчик из половины таблицы Менделеева. Это сгоревшее попливо, из которого извлекли энергию. Их в ОЯТ тепловых реакторов примерно 1-4% по массе, а для будущих реакторов на быстрых нейтронах ожидается хотя бы 6-11% (да, увы, сжечь за один проход в среднем хотя бы 10% топлива сейчас - недостижимо высокая планка даже для БН). Это то, что называется "ядерными отходами", ибо "а что с ними делать-то?".
Вот об этом хотелось бы чуток сказать.
Деление тория, урана, плутония, нептуния и далее всех трансуранов происходит на два неравных осколка - один со средней массой около 90, второй - со средней массой около 140:
Выход осколков немного (именно, что очень немного) зависит от того, какой именно тяжёлый элемент делится (у тория будет чуть более лёгких осколков, у калифорния - чуть более тяжёлых) и от спектра нейтронов (быстрые нейтроны дают чуть более гладкие "холмы"), но в целом картина распределения гадости в ОЯТ - примерно как на картинке выше (обратите внимание: шкала по вертикали - логарифм, в натуральном выражении "холмы" куда более острые). Процесс распада ядра истинно случаен, поэтому тут идёт речь только о вероятностях и распределениях.
И вот внутри этих холмов намешано кучей всего - и короткоживущее, и долгоживущее, и стабильное. Понятное дело, что с радиоактивной дрянью иметь дело не очень хочется (активность осколков такова, что свежее ОЯТ выдаст человеку абсолютно смертельную дозу за секунды и даже доли секунды). Но если мы уже копаемся в этой дряни, перерабатываем ОЯТ и отделяем топливо от отходов, то нет ли и среди отходов чего ценного, что можно отделить?
Есть.
Рутений - редкий благородный металл платиновой группы, широко используется как катализатор и в куче хай-течных изделий, где как химический элемент буквально незаменим (например, один из видов солнечных батарей с прямой наработкой водорода светом невозможен без рутения), с нынешней биржевой стоимостью около 5000$/кг.
Рутений имеет аж 7 стабильных изотопов от Ru-96 до Ru-104 со средней массой 101.7. Все они образуются при делении. Вместе со стабильными изотопами (бери да пользуй) образуется много активных с полураспадом от микросекунд до 373 суток (рутений-106). Через 35 лет, когда рутения-106 станет в 10 000 000 000 раз меньше, стабильным будет весь рутений. Он станет отвечать самым строгим санитарным нормам и превратится в простой биржевой товар - металл платиновой группы. Примерно каждый килограмм осколков (отходов! не путать с ОЯТ, в которых осколков сейчас где-то 3%) содержит где-то 60г рутения (где-то 300$). Не внушает? Наверное, нет.
Второй кандидат на извлечение - родий. Изотопов родия примерно 13 грамм с каждого кило осколков, и при нынешней цене где-то в 50 000$/кг это ещё около 650$ на кг осколков. Увы, родий имеет Rh-102m с полураспадом в 2.9 лет, поэтому асбсолютно безопасен он станет лет через 60-70, после того как топливо вытащили из реактора. Но это всё ещё вполне "человеческие" размерности, поддающиеся коммерческому планированию.
Тритий (который таки образуется и на обычной АЭС) распадается в гелий-3, товар очень дорогой и весьма полезный (экстремальная криогеника, детекторы нейтронов). Гелий-3 стОит 900$/литр при н.у., так что его в килограмме осколков всего-то на несколько долларов, но всё ж-таки.
Что там есть ещё хорошего, в хорошо выдержанном, отлежавшемся ОЯТ? Стронций, цезий, иттрий, благородные газы (криптон и ксенон), гелий-3 (да, тритий - хотя и мало - образуется и в обычном ядерном реакторе, где-то на несколько долларов-десятков долларов на кило осколков). К сожалению, всё это, кроме гелия-3, требует сильно бОльшей выдержки.
Я сознательно не трогаю гораздо более дорогие активные изотопы, которые имеют свой отдельный самостоятельный рынок: этот рынок имеет тенденцию быстро меняться, да и основная цена там - в обращении с этими штуками, а не производство элементов как таковых. Но посмотрите только на эти два металла платиновой группы: около тысячи долларов в виде платиновых металлов лежит в каждом килограмме осколков, который будет извлечён из каждых 30 кило ОЯТ, сейчас лежащих на складах. Количество ОЯТ же на складах измеряется сотнями тысяч тонн, и уже сейчас рутений из ОЯТ 1987-го года и ранее готов к извлечению и использованию.
Нет, переработка осколков и тем более ОЯТ в целом сейчас не окупается только за счёт этих металлов (переработка килограмма ОЯТ стОит около 500$/кг, переработка осколков будет стОить ещё больше). Но сейчас переработка ОЯТ находится на очень примитивном уровне, не сильно выше оригинального PUREX, изобретённого в 1940-х. По мере разработки продвинутых методов (мироэлектрохимия, плазменная переработка) цена может меняться. И это - ещё одна копеечка, которая при массовом ЗЯТЦ может улучшить его экономику. Вплоть до радикальной самоокупаемости.
Собссно, в том числе поэтому хранение и переработка ОЯТ может стать золотым дном. Уран и плутоний - не всё, что там лежит интересного. Вопрос лишь в том, как это интересное аккуратно и безопасно извлечь. В этом смысле особенно интересны методы ионной или продвинутой плазменной переработки, с одновременным не завязанным на химию извлечением всех целевых изотопов, как активных, так и стабильных.
https://aftershock.news/?q=node/588301
