ИСТИНА

В Российской Федерации в настоящее время реализуется государственная программа "Развитие атомного энергопромышленного комплекса", направленная в первую очередь на расширение мощностей электрогенерации атомных электростанций. Одной из задач этой Программы является комплексное решение исторически накопленных проблем при реализации ядерных программ и обеспечение ядерной и радиационной безопасности. Под исторически накопленными проблемами понимается в первую очередь большое количество так называемых объектов ядерного наследия, сформированных в нашей стране в период становления и наиболее бурного развития национальной ядерной программы, с конца 1940-х по 1990-е годы. Эти объекты включают в себя поверхностные бассейны с жидкими отходами, пульпохранилища, полигоны испытания ядерного оружия, территории выбросов при авариях на предприятиях ядерно-топливного цикла, подземные выработки, загрязненные здания и проч. Объекты ядерного наследия содержат большое количество исторически накопленных радиоактивных отходов, значительная часть которых до сих пор остается в некондиционированном виде и не поддается непосредственной утилизации. Большинство этих объектов расположены на территории предприятий ядерно-топливного цикла и на сегодняшний день подчиняются режиму строгой охраны с целью предотвращения несанкционированного использования радиоактивных и ядерных материалов. Однако ни один объект на земле не может быть абсолютно ограничен ни в пространстве, ни во времени, и распространение в окружающую среду радионуклидов, особенно актинидов, большинство из которых относится к разряду долгоживущих альфа-излучающих нуклидов и представляют наибольшую опасность для человека в долгосрочной перспективе, составляет серьезную национальную проблему. Поэтому, осознавая ответственность перед грядущими поколениями, Государственная программа ставит задачу неукоснительного решения исторически накопленных проблем в объектах ядерного наследия, наряду с задачей неуклонного роста мощности электрогенерации атомных электростанций. По существующей концепции объекты ядерного наследия подлежат реабилитации либо путем удаления отходов в специальные хранилища, либо безопасным захоронением на месте. И в том и в другом случае в первую очередь должна быть решена задача установления форм радионуклидов в объекте с целью построения прогнозной модели распространения актинидов в ближней и дальней зоне от источника загрязнения, а также для выбора оптимальных путей безопасного и эффективного кондиционирования отходов и реабилитации территории. Помимо отечественных объектов ядерного наследия планируется провести детальное исследование образцов кориума, сформировавшегося в результате самых тяжелых аварий за всю историю атомной энергетики (Чернобыльская АЭС, Фукусима Даичи) для установления форм урана и плутония в расплавленной активной зоне, прогноза разрушения материала и выработки рекомендаций по безопасному кондиционированию отходов. Планируется исследовать «горячие» частицы различного происхождения (испытания ядерного оружия, аварии), как особую форму актинид-содержащего материала в окружающей среде. При исследовании миграционного поведения актинидов в условиях каждого конкретного объекта предполагается особый акцент сделать на оценке доли миграции актинидов в коллоидной форме, как в существующих геохимических условиях среды, так и при их возможных изменениях.

In the Russian Federation, the State Program “Development of the nuclear power industry complex” is currently being implemented, aimed primarily at expanding the power generation capacity of nuclear power plants. One of the objectives of this Program is a comprehensive solution of historically accumulated problems in the implementation of nuclear programs and ensuring nuclear and radiation safety. Historically accumulated problems are understood primarily as a large number of so-called nuclear legacy sites, formed in our country in the period of the formation and most rapid development of the national nuclear program, from the late 1940s to the 1990s. These facilities include surface pools with liquid wastes, pulp storage facilities, nuclear weapons testing grounds, areas of emissions from accidents at nuclear fuel cycle enterprises, underground workings, polluted buildings, and etc. The objects of the nuclear legacy contain a large amount of historically accumulated radioactive waste, much of which still remains in unconditioned form and is not amenable to direct disposal. Most of these facilities are located on the territory of the nuclear fuel cycle enterprises and today they are subject to a strict protection regime in order to prevent the unauthorized use of radioactive and nuclear materials. However, no object on earth can be absolutely limited either in space or in time, and the spread into the environment of radionuclides, especially actinides, most of which belong to the category of long-lived alpha-emitting nuclides and pose the greatest danger to humans in the long term, constitutes a serious national problem. Therefore, realizing the responsibility for future generations, the State Program sets the task of rigorously solving the historically accumulated problems in the nuclear heritage sites, along with the task of steadily increasing the power generation capacity of nuclear power plants. According to the existing concept, nuclear legacy sites are subject to rehabilitation either by disposing of waste in special storage facilities, or by safe disposal at the site. In this and in another case, first of all, the problem of determining the forms of radionuclides in the facility should be solved in order to build a predictive model for the distribution of actinides in the near and far zone from the source of pollution, as well as to choose the best ways to safely and efficiently condition waste and rehabilitate the territory. In addition to domestic nuclear legacy sites, it is planned to conduct a detailed study of corium samples formed as a result of the most severe accidents in the entire history of nuclear energy (the Chernobyl nuclear power plant, Fukushima Daichi) in order to establish the forms of uranium and plutonium in the molten core, to forecast the destruction of the material and to develop recommendations for safe conditioning waste. It is planned to investigate "hot" particles of various origins (tests of nuclear weapons, accidents), as a special form of actinide-containing material in the environment. In the study of the migration behavior of actinides in the conditions of each specific object, a special emphasis is placed on assessing the proportion of migration of actinides in a colloidal form, both in the existing geochemical environmental conditions and in case of their possible changes. To establish the form of actinides, there is a large complex of modern analytical methods, among which a special place is occupied by methods based on the use of synchrotron radiation. To fulfill the project’s goals and objectives, it is necessary to use the capabilities of the Kurchatov synchrotron radiation source (KISI) to determine the valence states of actinides, the local environment of actinides, determine the structure and composition of actinide carrier phases, and build a 3D density map of actinide-containing materials. In addition to the methods based on synchrotron radiation, the project will use modern methods of digital radiography, alpha-track radiography, micron-resolution vibration spectroscopy, electron microscopy (high-resolution transmission electron microscopy, and scanning electron microscopy) as well as sequential extraction techniques. The chemical behavior of actinides in various geochemical conditions of complex natural and man-made objects is planned to be determined based on the study of real samples taken from the object, as well as model samples obtained in strictly controlled laboratory conditions for a deeper understanding of transformation processes and binding mechanisms of actinides with host rocks. The undoubted novelty of the proposed approach is the main focus of the project on understanding the forms of actinides in the real nuclear heritage sites of the Russian Federation. The key to successful implementation of the project is, on the one hand, the use of the unique capabilities of the Kurchatov Source of Synchrotron Radiation to determine the forms of actinides, even in the case of their trace concentrations, and, on the other hand, the high level of expertise of the research team.

В ходе выполнения проекта планируется получить сведения о формах актинидов в различных геохимических обстановках и средах, входящих в состав реальных объектов ядерного наследия, в том числе во временных хранилищах радиоактивных отходов; в воде, донных осадках, взвешенном / коллоидном веществе и биоте поверхностных водоемов - хранилищ ЖРО; в грунтовых водах, прилегающих к источникам радиоактивного загрязнения, пласте-коллекторе ЖРО, местах испытания ядерного оружия и на территориях, подвергшихся аварийным выбросам. Ожидается получить результаты, выполненные на современном аналитическом уровне, что позволит в дальнейшем провести эффективную и безопасную реабилитацию загрязненных территорий. Полученные сведения позволят улучшить экологическую обстановку в отдельных исторически загрязненных районах РФ, и тем самым приведут к росту доверия общественности к безопасности и надежности ядерной энергетики.

В ходе выполнения проекта Актиниды в объектах ядерного наследия был осуществлен научный задел, состоящий прежде всего из разработанного и опробованного на различных объектах комплекса методических подходов, которые в дальнейшем могут быть успешно использованы для научного обоснования вывода из эксплуатации ядерно- и радиационно- опасных объектов (ЯРОО) и последующей реабилитации территорий. Вывод из эксплуатации первого поколения ядерных объектов - это стратегически важная задача атомной отрасли для достижения Целей Устойчивого развития ООН. К 2035 году планируется ликвидировать и перевести в безопасное состояние более 75 ЯРОО разного уровня сложности. В комплекс мер по научному обоснованию вывода из эксплуатации ЯРОО входит прежде всего установление физико-химических форм радионуклидов в данном конкретном объекте. Отнесение исторически накопленных отходов к тому или иному классу, включая особые отходы, выбор наиболее эффективного способа дезактивации, реабилитации загрязненных территорий требует понимания форм нахождения и физико-химических форм, в которых находятся радионуклиды, и прежде всего актиниды, большая часть которых относится к долгоживущим альфа-излучающим нуклидам, представляющим наибольшую опасность для биосферы и человека в долгосрочной перспективе.

В ходе реализации проекта РНФ «Актиниды в объектах ядерного наследия» (2019 – 2022 гг) был использован комплексный методический подход к установлению форм актинидов в объектах ядерного наследия, включающий (1) проведение экспериментального моделирования реальных обстановок в строго контролируемых лабораторных условиях и (2) анализ форм радионуклидов в самих объектах ядерного наследия. Первый подход позволяет рассмотреть отдельно каждый фактор, влияющий на миграционное поведение радионуклидов, и установить механизмы их взаимодействия с компонентами окружающей среды при различных геохимических условиях, а второй подход дает возможность охарактеризовать специфику каждого объекта и выявить наиболее существенные факторы, регулирующие миграционное поведение тех или иных радионуклидов. Экспериментальное моделирование процессов, происходящих в районе радиоактивно загрязненных объектов, включает в себя проведение серий экспериментов по взаимодействию радионуклидов с различным химическим поведением с вмещающими породами хранилищ, а также с отдельными компонентами этих пород, с варьированием геохимических условий взаимодействия, в том числе рН среды, температуры, ионной силы и состава растворов. Такой подход был применен к исследованию объектов, доступ к реальным загрязненным пробам в которых затруднен или невозможен. Это глубинный пласт-коллектор жидких радиоактивных отходов (ЖРО), полигон Северский на АО «СХК», и будущее хранилище высокоактивных отходов, накопленных за 70 лет работы ПО «Маяк» и других радиохимических предприятий, строящееся на участке Енисейский, Железногорск, Красноярский край. В первом случае исследовалось поведение плутония и нептуния в условиях закачки технологических отходов кислого состава, а во втором - поведение радионуклидов при взаимодействии со сложной гетерогенной системой гнейсов будущего хранилища ВАО. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105487; https://doi.org/10.3390/en15197440; https://doi.org/10.31857/S0033831122060119 Исследование реальных объектов ядерного наследия В рамках работ по проекту был составлен и выпущен мини-обзор «Формы урана и плутония из объектов ядерного наследия». Подготовка этого обзора способствовала пониманию современных тенденций в исследовании форм плутония и урана в условиях сложных техногенно-природных систем. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00630 Для диагностики актинидов в реальных объектах ядерного наследия в первую очередь были использованы неразрушающие методы анализа, - гамма-спектрометрия и радиография, - как для общей характеризации радиоактивного загрязнения, так и для локализации радиоактивных компонентов проб. Последующий анализ проводился с использованием комплекса методов валового анализа и локального микроанализа, включая прежде всего растровую электронную микроскопию с рентгено-спектральным микроанализом, спектроскопию комбинационного рассеяния и рентгеновские методы. Успешная реализация проекта была обеспечена применением аналитических методов на базе Курчатовского источника синхротронного излучения. Спектроскопия рентгеновского поглощения (СРП), основанная на базе синхротронного излучения в вариантах EXAFS и XANES, позволяет получить представительные данные о степени окисления интересующего элемента и локального окружения его атомов на расстоянии до 4-5 Å. Помимо СРП в нашей работе были использованы другие методы, основанные на применении синхротронного источника: порошковой рентгеновской дифракции и микротомографии. Синхротронный источник, гораздо более яркий, чем лабораторные источники рентгена, позволил решить задачи проекта, связанные с анализом низких концентраций актинидов и других элементов в образцах, отобранных из объектов ядерного наследия. Совокупность различных аналитических методов, таких, как неразрушающий метод СРП на базе источника синхротронного излучения, а также разрушающий метод последовательного выщелачивания донных осадков для установления распределения компонентов по фракциям доступности, и классический радиохимический метод – установление коэффициента распределения (Кd) компонента между раствором и твердой фазой, - позволили установить физико-химические формы урана в двух поверхностных бассейнах-хранилищах ЖРО на территории ФГУП «ГХК», различающихся геохимическими условиями. (https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2021.106539 Формы нахождения актинидов и продуктов деления в донных осадках двух поверхностных бассейнов-хранилищ ЖРО, В-17 и В-4, на территории ПО «Маяк» были установлены по данным последовательного выщелачивания. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2021.106569 С целью установления форм урана в реальных радиоактивно загрязненных пробах на линии структурного материаловедения (СТМ) Курчатовского источника синхротронного излучения (КИСИ) были записаны EXAFS спектры на LIII краю U(VI) в образцах сравнения: оксидах, окси-гидроксидах, фосфатах, карбонатах уранила, уранатах и поверхностных комплексах уранила на природных сорбентах. Полученная коллекция EXAFS параметров была использована для установления форм урана в реальных радиоактивно загрязненных грунтах сублиматного предприятия АО «АЭХК», деятельность которого была остановлена, и территория предприятия должна быть очищена от радиоактивного загрязнения. https://doi.org/10.1107/S1600577521013473; https://doi.org/10.1557/s43580-022-00211-8 Проведено подробное исследование кристаллитов, выделенных из лавообразных топливосодержащих материалов, «Чернобыльской лавы». Полученные результаты представляют интерес для понимания поведения расплавленной активной зоны в аварийных реакторах ЧАЭС и Фукусимы Даичи. https://doi.org/10.1007/s00710-020-00718-8 Изучено распределение радиоактивности в почвах радиоактивного следа аварии на Радиохимическом заводе АО «СХК» в 1993 году. Установлены современные соотношения альфа-излучающих радионуклидов, сконцентрированных в отдельных «горячих» частицах, по отношению к радиоактивности, распределенной равномерно. Было выявлено, что четвертая часть альфа-активности спустя 25 лет после аварии находится в форме отдельных частиц. Проведена детальная диагностика трех групп частиц ядерных стекловатых материалов Семипалатинского полигона с использованием дополняющих друг друга аналитических методов. https://doi.org/10.3390/en15239121 В рамках работ по проекту были проведены радиографические и рентгеновские исследования исторических материалов, накопленных на ледниках Новой Земли в результате испытаний ядерного оружия. Эти объекты носят название «криоконитов», которые представляют собой цилиндрической формы пустоты на поверхности различных ледников, на дне которых накапливаются осадки, концентрирующие природную и техногенную радиоактивность. Изученные нами криокониты характеризовались обычным для подобных объектов составом: кварц, альбит и слюды. Авторадиографические исследования показали, что для образцов криоконитов характерен в основном низкий равномерный уровень радиоактивности, однако, встречаются отдельные «горячие» частицы. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02601-8