Во имя мира

Мы продолжаем рассказ о проектах, удостоенных премии В.П. Потанина по итогам 2020 года. Эта статья об одной из самых масштабных кампаний завода – переработке высокообогащенного урана (ВОУ).

Вместо предисловия

Сегодня в мире накоплено значительное количество ядерно опасных материалов, которые могут быть применены для изготовления взрывных устройств. С целью минимизации риска их несанкционированного использования действуют программы утилизации. В случае с высокообогащенным ураном самым перспективным способом переработки является снижение его обогащения.

В 1993 году между Россией и США подписан меморандум, предполагающий перевод высокообогащенного урана в низкообогащенный. Согласно документу, запущена программа поэтапной переработки ВОУ, в том числе и находящегося на территории РК.

19 лет опыта

C 2002 года УМЗ также стал участником программы по предотвращению распространения ядерных материалов. На сегодняшний день в ее рамках на заводе проведены четыре кампании по переработке урановых необлученных материалов:

– в 2005 году – переработка топлива реактора БН-350 до низкообогащенного урана (НОУ);

– в 2011 и 2015 годах – переработка топлива реактора ВВР-К;

– в 2019-2020 годах – переработка и разбавление ВОУ ядерного топлива ИГР.

Задача из Актау

Первой страницей в книге истории переработки ВОУ на УМЗ стала программа по обеднению топлива реактора БН-350 – таблеток из диоксида ВОУ. БН-350 – энергетический реактор на быстрых нейтронах, который запущен в эксплуатацию в 1973 году в Актау. После остановки в 1999 году возникла необходимость переработки невостребованных остатков топлива. Эта задача была успешно реализована на заводе в 2005 году.

Переработку топливных таблеток БН-350 проводили по технологии, основанной на высокотемпературном окислении и азотнокислом растворении. Извлеченные таблетки окисляли до порошка закиси-окиси урана. Затем осуществляли корректировку обогащения сухим способом. Полученную закись-окись обогащением менее 5% ураном-235 растворяли в азотнокислом растворе. После проводили дополнительную корректировку и направляли полученный материал для производства таблеток в рамках штатной технологии УМЗ.

98-процентный результат

Следующей кампанией стал проект по переработке топлива реактора ВВР-К. ВВР-К – единственный многоцелевой исследовательский реактор в Казахстане. Его пуск датируется 1967 годом. После аварии на Чернобыльской АЭС эксплуатация реактора была приостановлена. С 1998 по 2015 годы велись работы по переводу реактора с высокообогащенного топлива на низкообогащенное. При этом топливо обогащением 36%, представляющее собой тепловыделяющие сборки, состоящие из алюминиевой матрицы с диспергированным в них диоксидом урана, подлежало переработке.

Разделение урана и алюминия проводили путем растворения в гидроксиде натрия. В ходе этой процедуры алюминий полностью переводили в раствор. Уран, остававшийся в твердом состоянии, отделяли с помощью фильтрации. После азотнокислого растворения и корректировки обогащения его перерабатывали до получения оксидов.

В рамках проекта заводчанами изготовлено нестандартное технологическое оборудование, такое как узел резки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и реактор растворения. Правильный выбор технических направлений, гибкий подход при принятии технологических решений и высокая организация труда позволили решить сложную проблему перевода ВОУ алюминиевых ТВЭЛ в низкообогащенный уран. При этом извлечение урана в 2011 и 2015 годах составило более 98%.

Что нам стоит участок построить?!

Последняя кампания по переработке ВОУ была завершена в августе 2020 года. В рамках проекта на заводе создан участок по переработке ВОУ импульсного графитового реактора (ИГР). Сам ИГР находится в Курчатове, он является единственным в своем роде исследовательским реактором и не имеет мировых аналогов. Топливом ИГР выступают графитовые блоки, пропитанные ядерным материалом обогащением 90%.

Технологический процесс переработки ВОУ ИГР включал операции подготовки топлива к растворению (дробление на фрагменты, измельчение, температурное окисление), разбавление ВОУ, растворение урансодержащего материала в азотной кислоте, осаждение и прокалку полиураната аммония до оксидов урана. Для данных процессов был проведен подбор оборудования с учетом возможности работы в агрессивных средах и требований ядерной безопасности. Закупленными механизмами оснащены технологические участки измельчения, окисления и термического разложения. Для снижения затрат было задействовано и существующее оборудование.

Мировое признание

Созданный на заводе участок по переработке ВОУ многофункционален, оснащен самым современным ядерно безопасным оборудованием и может быть задействован для переработки новых материалов довольно широкого спектра. Важность этого проекта крайне велика, поскольку обусловлена необходимостью решения глобальной задачи по исключению угрозы распространения особо опасного ядерного материала.

Работы, проведенные УМЗ, высоко оценены на международном уровне. Одним из подтверждений этому служит письмо, направленное на имя Председателя Правления завода Министерством энергетики США. В документе выражается глубокое удовлетворение усилиями АО «УМЗ» и Республики Казахстан по устранению риска потенциального распространения ядерных материалов.

Наряду с укреплением положительного имиджа УМЗ и Республики Казахстан, проект имеет и высокую экономическую целесообразность.

За работу «Организация участка переработки высокообогащенного урана звание «Лауреат Премии им. В.П. Потанина» заслужили Константин Кузьмин (на фото), Алексей Болтанов, Михаил Козионов, Галина Гусакова и Игорь Леваневский.

Алексей Проскуряков