Остекло́вывание радиоакти́вных отхо́дов (витрификация), один из способов длительного хранения и утилизации ядерных отходов. Включает обработку и превращение отработанного топлива в стекло. Метод используется более 40 лет в большинстве стран, имеющих ядерную энергетическую программу, включая Францию, Германию, Бельгию, Россию, Великобританию, Японию и США.

Общая характеристика

Стекло обладает высокой химической стойкостью, что позволяет ему оставаться в агрессивной среде в течение тысяч или даже миллионов лет. Сначала отходы сушат, затем нагревают для превращения нитратов в оксиды. К отходам добавляют стеклообразующие добавки и снова нагревают примерно до 1000 °C. Расплавленную жидкость переливают в подходящую защитную ёмкость для охлаждения и формования стекла. Двумя основными типами стекла, используемыми ныне для иммобилизации ядерных отходов, являются боросиликатное и алюмофосфатное стекло. Оба этих материала могут иммобилизовать большое количество актинидов. Например, боросиликатные стёкла могут содержать до 7,2 % по массе PuO₂. Остекловывание радиоактивных отходов сопряжено с высокими эксплуатационными расходами и сложной технологией, требующей квалифицированного персонала. Это делает его наиболее экономически целесообразным в местах, где имеются относительно большие объёмы радиоактивных отходов со стабильным составом, таких как высокорадиоактивные отходы с атомных электростанций.

Остекловывание является предпочтительным методом хранения отходов, но у данного метода есть некоторые недостатки. К сожалению, нынешнее поколение стёкол не может обрабатывать большое количество оксида молибдена и благородных металлов, которые образуются из вторичных отходов. Эти соединения плохо растворимы в боросиликатных стёклах, и это ограничивает количество отходов, которые могут быть загружены в материал, увеличивая время процесса и материальные затраты.

Новые материалы для переработки ядерных отходов, богатых молибденом

Очевидно, что остекловывание имеет жизненно важное значение для долгосрочного успеха ядерной энергетики. Мировой лидер стекольной отрасли Mo-Sci работает над новыми типами стекла, которые могут иммобилизовать более высокий процент отходов, а также над методами обработки, которые могут ускорить процесс остекления. Это включает в себя форму отходов фосфата железа, способную содержать имитируемые ядерные отходы, богатые молибденом, с массовой долей 40 %. Эти остеклованные ядерные отходы получают путём плавления смеси имитируемых компонентов отходов и добавок к железофосфатному стеклу в промышленной индукционной плавильной установке с холодным тиглем (CCIM). Когда была измерена химическая стойкость формы отходов, оказалось, что она не уступает боросиликатному стеклу или даже лучше его.

Технология плавки CCIM позволяет перерабатывать отходы быстрее, безопаснее и с меньшими затратами, чем другие технологии плавки, поскольку она удаляет металлические электроды, которые непосредственно контактируют с расплавленным стеклом и огнеупором, используемым для удержания расплава. Эта новая форма отходов фосфата железа, обработанная CCIM, может обеспечить значительную экономию времени и денег при необходимости утилизации ядерных отходов в промышленности и сделать ядерную энергетику ещё более привлекательной в будущем.

Остекловывание осуществляется путём смешивания отходов с кремнезёмом и другими стеклообразующими материалами на установке по переработке отходов с низкой активностью. Смесь направляется в высокотемпературные плавильные печи, где она нагревается до 2100 градусов по Фаренгейту с образованием расплавленного стекла. Это «жидкое стекло» разливают в герметичные канистры из нержавеющей стали, где оно охлаждается, превращаясь в твёрдое стекло.

Стабилизированные отходы в контейнерах можно утилизировать постоянно и безопасно. Наиболее опасные отходы будут захоронены в национальном хранилище. Менее опасные отходы будут утилизироваться на интегрированном объекте по утилизации на площадке в Ханфорде (штат Вашингтон). Ядерные и химические отходы будут доставляться из подземных резервуаров для хранения на завод Vit (Фабрика по обслуживанию и обездвиживанию отходов) по ряду подземных линий транспортировки. Система, получившая название «труба в трубе», обеспечивает дополнительный уровень защиты во время транспортировки отходов на завод Vit.