В США придумали контейнер для радиоактивных отходов будущих АЭС
Американское министерство энергетики несколько лет назад поставило перед атомной отраслью вопрос, которого та старательно избегала: что делать с радиоактивными отходами реакторов нового поколения? Существующие системы хранения и захоронения создавались под отработанное ядерное топливо десятилетия назад, и ни по физическим, ни по химическим свойствам они не рассчитаны на то, что будут производить продвинутые реакторы будущего. В 2022 году агентство ARPA-E запустило программу ONWARDS, потребовав от участников разработать решения с чистого листа, а не латать старые схемы.
Один из проектов программы — UPWARDS — завершился в июле 2025 года. Его результатом стала инженерная система, которую разработчики называют универсальным контейнером: несколько типов стальных капсул с единым стыковочным интерфейсом, пригодных для хранения, транспортировки и окончательного захоронения ядерных отходов без перегрузки содержимого. Проект вели компания Deep Isolation совместно с NAC International, Калифорнийским университетом в Беркли и Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли.
Сложность задачи определялась прежде всего разнородностью самих радиоактивных отходов. Реакторы нового поколения производят вещества, с которыми отрасль раньше почти не работала в промышленных масштабах. Исследователи из Беркли сосредоточились на трёх типах: боросиликатное стекло с лантанидами — его преимущество в том, что оно вмещает значительно больше радионуклидов, чем традиционные остеклованные отходы, и тем самым сокращает общий объём материала под захоронение; сферические топливные частицы TRISO в керамической оболочке из карбида кремния; и застывшие галогенидные соли из реакторов на расплавленных солях. Для каждого типа учёные обнаружили пробелы в данных — не хватало сведений о долгосрочном поведении материалов в условиях подземного захоронения — и поставили целенаправленные эксперименты, чтобы эти пробелы закрыть.
Параллельно инженеры NAC International проектировали сам контейнер. Конструкция из коррозионностойкой нержавеющей стали с герметичной сварной крышкой и единым захватным устройством должна одинаково хорошо работать и в шахтном хранилище, и в скважине глубиной несколько сотен метров. Принципиальное требование — контейнер должен быть пригоден для извлечения: регуляторы настаивают на том, чтобы отходы оставались доступны в течение длительного времени. По окончании расчётов компания R-V Industries изготовила физический прототип, нагруженный балластом для имитации реального содержимого. Дальнейшие испытания запланированы на полигоне в Техасе.
Третья часть работы касалась математического моделирования. Deep Isolation и Национальная лаборатория Лоуренса просчитали поведение упакованных отходов на геологических временных масштабах — тысячи и десятки тысяч лет — в трёх форматах захоронения: традиционная шахтная выработка, горизонтальная скважина и вертикальная скважина. В качестве вмещающих пород рассматривались сланцы и трещиноватый кристаллический фундамент. Модели учитывали тепловыделение, движение грунтовых вод, химические реакции и перенос радионуклидов. Из тысяч просчитанных сценариев вырисовались три параметра, которые сильнее всего влияют на безопасность захоронения: загрузка контейнера по радионуклидам, тепловыделение в момент захоронения и возраст отходов, то есть время выдержки после извлечения из реактора.
На основе этих данных команда сформулировала критерии приёмки радиоактивных отходов — инженерный ориентир для операторов реакторов и компаний, управляющих отработанным ядерным топливом. Чем раньше ядерные отходы будут помещены в стандартный контейнер, тем меньше придётся тратить на промежуточное хранение и последующую перепаковку. По расчётам авторов проекта, разница в совокупных затратах на жизненный цикл может быть весьма существенной.
Практическое значение разработки выходит за рамки одной страны. Государства, у которых нет ресурсов для строительства крупных шахтных хранилищ, могут рассмотреть скважинный вариант — контейнер рассчитан на оба сценария. Для самих производителей реакторов нового поколения появление стандартизированного решения по обращению с отходами снимает одну из претензий, которую регуляторы и общественность традиционно предъявляли атомной энергетике: вопрос о том, куда в конечном счёте денется топливо, теперь имеет хотя бы предварительный технически обоснованный ответ.
