Ученый из ИРНИТУ получил трёхмиллионный грант от РНФ за создание новой технологии переработки ядерных отходов

Российский научный фонд выделит 3 млн рублей учёному и ведущему научному сотруднику из отдела лазерной физики и нанотехнологий ИРНИТУ Александру Казанцеву за победу в конкурсе «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» на разработку цифрового диагностического комплекса сопровождения процесса плазмооптической масс-сепарации отработавшего ядерного топлива.

Эта технология станет достойной альтернативой радиохимическим методам переработки урановых отходов.

Как пояснил Александр Казанцев, на сегодняшний день существуют два основных способа обращения с ОЯТ: радиохимическая переработка или захоронение. Стоимость переработки составляет $650–950 за килограмм, что в 13-15 раз превышает экономически приемлемую цену. В качестве альтернативы ученый предлагает экологически чистую технологию разделения ОЯТ на группы радиоактивных и нерадиоактивных частиц. Это позволит вернуть трансурановые элементы в топливный цикл, а также уменьшит количество топлива, предназначенного для геологического захоронения. Технология основана на плазмооптической масс-сепарации многокомпонентной смеси.

По словам Александра, цифровая диагностическая система предназначена для автоматизированных измерений параметров плазмы и их предварительной обработки при помощи самостоятельно сконструированных анализаторов. Реализация этого проекта необходима для успешного решения  более масштабной задачи – создания технологии плазмооптической масс-сепарации, которая в перспективе может стать наиболее экологически безопасным и экономически оправданным способом урановых отходов.

Отметим, что отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) - это особый вид урановых соединений, извлеченный из реактора атомной электростанции (АЭС) и содержащий радиоактивные продукты деления - невыгоревший уран и трансурановые элементы. Кроме того, среди продуктов деления встречаются радионуклиды (радиоактивные изотопы), которые можно с успехом применять в промышленности, медицине, а также в научных исследованиях.

Первые опыты по масс-сепарации ученые провели в Технопарке ИРНИТУ на экспериментальной установке-макете «ПОМС–Е–3». Она представляет собой вакуумную емкость с плазменным ускорителем, электродами и катушками, формирующими электрические и магнитные поля. Эту модель разработали около 10 лет назад сотрудники Иркутского «политеха» совместно со специалистами ИГУ. Эксперименты, которые выполнил Александр и его коллеги, показали недостаточную разрешающую способность по массам. Поэтому было принято решение более тщательно изучить процессы, происходящие с плазменным потоком по мере его движения в сепарирующем объёме и на основе полученных знаний усовершенствовать модель плазмооптического масс-сепаратора.

«Многие проекты по разработке плазменных методов разделения веществ по массам оцениваются по результатам работ: по изменению концентрации целевого элемента, либо степени его локализации на определённом электроде экспериментальной установки. Мы же ставим перед собой задачу провести более тонкую диагностику и определить энергетический и массовый составы плазменного потока на всём его пути от источника до приемника. Эта информация поможет выявить ключевые эффекты, способствующие, любо препятствующие процессу плазмооптической масс-сепарации.

Уникальность нашего исследования также обусловлена спецификой работы над методом масс-сепарации в целом. Дело в том, что плазменными методами разделения веществ занимаются всего несколько научных групп в мире и каждая из них идёт индивидуальным путём. Соответственно, это обстоятельство определяет приборы и технологии, используемые для измерения интересующих параметров плазменного потока. Сам же метод сепарации универсален и может применяться для повышения производительности уже существующих методов выделения изотопов и сверхчистых веществ, используемых в медицине, лучевой терапии», - сообщил Александр Казанцев.

Проект Александра Казанцева является продолжением его диссертационной работы на тему «Формирование, разделение и диагностика потока ионов в процессе плазмооптической масс-сепарации». Результаты исследования ученый защитил три года назад. Разработка ведётся совместно с профессорами кафедры радиоэлектроники и телекоммуникационных систем Николаем Строкиным, Владимиром Бардаковым, доцентом кафедры теплоэнергетики Сергеем Ивановым, а также аспирантами Алексеем Ступиным и Нгуен Тхе Тхангом.

По информации Российского научного фонда (РНФ), конкурс стал частью реализации Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными. Программу разработали в 2017 году с целью поддержки долгосрочных проектов и развития профессиональных компетенций перспективных молодых исследователей. По итогам конкурса этого года 503 инициативных проекта получат поддержку в размере 1,5-2 млн рублей. Разработки победителей направлены на решение задач в области инженерных и естественнонаучных дисциплин, в том числе химии, ядерной энергетики и электрофизики.

Отметим, что проект рассчитан на два года. По условиям грантовой программы авторы будут получать по 1,5 млн рублей ежегодно. Средства планируется направить на приобретение электронных компонентов, измерительных устройств, конструкционных материалов и изготовление анализаторов.