Українська «капусточка»: що спільного між пірамідою Хеопса, рідкісноземельними мінералами, Фукусімою, Роллс Ройсом, Селлафілдом, землетрусами і малими модульними реакторами?

Директор, академік НАНУ Юрій Збулонов висловив захоплення їхнім фірмовим автомобілем.

- Я їм кажу, що дуже поважаю їхню продукцію - якість машин. А мені відповідають: не тільки машини! Ми створюємо свій реактор. І запрошуємо Національну академію наук України допомогти нам з експертизою для вирішення різних проблем: поводження з ядерними відходами, радіаційного моніторингу, вибору майданчика.

Як виявилося, британська компанія Rolls Royce виграла конкурс на розробку, виробництво та обслуговування ядерних реакторів, зокрема, за повідомленнями в пресі - трохи більше року тому показала рендер ядерного реактора, який має забезпечити енергією базу на Місяці або Марсі. Крім того, такий двигун має також застосовуватися і в космічних кораблях.

Навіщо їм знадобилася допомога українських учених? Що таке є у нас, чого немає у британців?

Компанія вельми зацікавлена в підвищенні ефективності та екологічності проектування, виробництва та обслуговування реакторів. А цим ось уже 35 років займається Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України з величезним досвідом досліджень у Чорнобильській зоні.

Про це та інше директор Інституту геохімії навколишнього середовища НАН України, академік Юрій Забулонов розповів в інтерв’ю для програми «Про науку. Компетентно» (ведучий - харків'янин, академік Володимир Семиноженко), яка виходить на ютуб-каналі НАНУ.

ДОВІДКА «Громади»

Забулонов Юрій Леонідович (1952 р.н.). Закінчив Київський університет (1980). Фізик, фахівець з ядерної фізики, зокрема – з питань взаємодії високоінтенсивних випромінювань з твердими тілами, академік НАН України.

Ми перебуваємо на порозі нової парадигми ядерної енергетики. Подібно до того, як великі комп'ютери поступилися місцем компактним ПК, з'явилося нове покоління малих і недорогих реакторів, призначених для автономної роботи.

 - Ми прагнемо, а з нами і вся Європа, домогтися переведення ядерної енергетики в розряд зеленої,

 

 - робить не зовсім звичну для нас заяву Юрій Леонідович.

Наприклад, викиди СО2 в ядерній енергетиці порівняно зі спалюванням вугілля в сотні разів менші.

Сьогодні вже багато хто розуміє, що таке велика ядерна енергетика, її монополізм, - розмірковує академік. - Наша мрія - широке застосування в Україні Малих модульних реакторів (ММР).

Виникла ситуація, яка дасть нам змогу виробляти свою унікальну продукцію, яка може просувати всю нашу промисловість і зробити нашу країну з малими модульними реакторами процвітаючою.

ДОВІДКА «Громади»

Малі модульні реактори (ММР) - це сучасні ядерні реактори потужністю до 300 МВт на енергоблок, що становить приблизно одну третину від генеруючої потужності традиційних ядерних енергетичних реакторів.

• Вони малі - тому що в кілька разів менші за традиційні ядерні енергетичні реактори;

• модульні - тому що зручно збирати системи та компоненти на заводі й перевозити їх єдиним блоком на місце встановлення;

• це саме реактори - тому що в них використовується ядерний поділ для виділення тепла з метою отримання енергії.

- У нас є ядерне паливо, потужна наука, 35 тисяч висококваліфікованих спеціалістів, які працюють з ядерними технологіями, - констатує Юрій Забулонов.

Він озвучив цифру:

на сьогодні десять провідних країн світу розробляють понад вісімдесят проєктів ММР, а їх загальносвітовий ринок після 2027 року оцінюється приблизно в $1 трлн.

Поряд з традиційними АЕС вони можуть зайняти частку в диверсифікованому енергобалансі, працюючи без підключення до енергомереж, а також використовуватися для вироблення тепла, опріснення води, виробництва водню тощо.

Як ми знаємо, ядерна енергетика – це великі можливості і великі виклики. 

Зворотний бік енергетичного прогресу - десятки млн тонн радіоактивних відходів.

Традиційні підходи до поводження з ядерними відходами, до радіоактивного забруднення і загалом до забруднення довкілля вичерпуються, необхідні інноваційні рішення.

І, на жаль, дуже багато країн, серед яких і Україна, вдаються до «відкладених рішень», залишаючи завдання наступним урядам або поколінням.

Але ж ми вже можемо сьогодні цю проблему вирішити!

Академік Забулонов наводить приклад:

- Якщо взяти куб дуже високої радіоактивної води, то радіоактивності в масовій концентрації всього 10 мг.

За стандартною технологією беруть куб радіоактивної води і три куби цементу, змішують і отримують не зменшення радіоактивності, а вчетверо більший обсяг забрудненої речовини.

Після відомої аварії на Фукусімі (Японія), до Києва зачастили іноземні фахівці, представники фірми «Вестінгауз» та інші, які використовують традиційну технологію упарювання.

 

Вода випаровується, але залишається осад високої радіоактивності.

Що з ним робити? Це дуже гостра проблема.

- 35 років наш інститут працював над розв'язанням цієї проблеми, використовуючи всілякі методики - вітчизняні та зарубіжні. І ми вирішили взяти все найкраще, що є в Національній академії наук України.

Скажімо, в Інституті газу НАНУ професор Станіслав Петров, співробітник відділу плазмових процесів і технологій, багато років працює з плазмою.

У співпраці з цим чудовим фахівцем ми взяли радіоактивну воду і відпрацювали її плазмою за методом Петрова, таким чином виділили радіоактивні відходи.

Використовували також технологію завідувача відділу фізико-хімічної гідродинаміки ультра дисперсних систем Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка Миколи Рульова, який придумав мікропористу рідину.

Він навчився робити мікропористі бульбашки в 10 мікрон. Виходить двофазна рідина, в якій плазма дуже легко утворюється.

Послідовно виникають процеси, які повністю окислюють шкідливі речовини.

- Це як капусточка, 

- образно висловився академік Забулонов.

...За всієї моєї гуманітарної уяви та художньої фантазії я таку «капусточку» уявити собі не змогла. Однак прошу оцінити красу фізико-хімічних процесів, їхню складну гру і взаємодію, а головне - результат:

На виході кількість радіоактивних відходів зменшується в тисячі разів.

 

Прямо в зоні Чорнобиля вчені відпрацювали цю технологію на забрудненій воді. І експериментально довели, що величезні обсяги радіоактивної води вони в змозі повністю очистити за допомогою інноваційних методів.

Дослідження об’єкта «Укриття» Чорнобильської АЕС у натурних умовах показали високу ефективність розробленого багатоступінчастого методу ії очищення (99%).

- Ми цю роботу завершили наприкінці 2021 року, - каже Юрій Леонідович, - а 24 лютого 2022 року збиралися знову поїхати в Чорнобиль...

Новітні підходи науковців НАНУ знайшли широке практичне застосування, зокрема різні модифікації плазмохімічних установок були апробовані в Японії (м.Фукусіма), Казахстані («EL Invest», м. Астана) та Англії (ANAMAD, Sussex Innovation Centre).

Проблема очищення води стоїть дуже гостро і у Великій Британії. Було оголошено конкурс та подано 300 заявок, ми увійшли до першої двадцятки номінантів і отримали фінансування на установку, здатну очищати будь-яку забруднену воду, навіть із високим ступенем забруднення.

Незабаром на цей метод звернули увагу в ПАР.

- Наш підхід універсальний, бо він заснований на фізико-хімічних принципах і не призводить до подальшого забруднення води. Він дає змогу з мінімальним використанням хімії привести воду в чистий стан і виділити та зібрати забруднення.

Є проблема не тільки радіоактивної води, але ще й твердих відходів під час видобутку урану, під час роботи хімічних виробництв. Це мільйони тонн. Їх захоронення небезпечне.

- Ми досліджували ці відходи і побачили, як багато в них цінних матеріалів, - каже академік Юрій Забулонов. - І виявили, що мінеральна компонента нам допоможе вирішити наболілу проблему з викачуванням води з шахт.

Шахтна вода допоможе нам зробити все той же мінеральний розчин, який потім за допомогою нашої технології ми зможемо очистити. І це не просто відкачування води з шахти раз і назавжди, а це ще й геодинамічна стабільність, екологічне оновлення наших промислових територій.

Як мимохідь зауважив учений, є цікаве українське дослідження на рівні відкриття про те, як від наявності шахтного видобутку копалин залежать... землетруси.

- Ми не хочемо мільйони тонн радіоактивних відходів залишати нашим онукам. І на цих відходах можна навіть заробляти, - переконаний Юрій Забулонов.

В Україні створюється економічно ефективна технологія виділення рідкоземельних елементів за рахунок інноваційних підходів, завдяки об'єднанню високих технологій різних підрозділів Національної академії наук.

Академік Забулонов навів дуже цікавий факт. Для того, щоб витягти з руди корисні мінерали, її необхідно подрібнити, і що краще ми це зробимо, то більше витягнемо.

Щоб подрібнити руду масою один кг, потрібно 50 кВт енергії, однак якщо вона стала 100 мікрон, а нам необхідно зменшити породу до 10 мікрон, нам уже необхідно 250 кВт.

І ця проблема існує в усьому світі. А вирішується вона за допомогою всім відомого ефекту Юткіна.

ДОВІДКА «Громади»

Лев Олександрович Юткін (1911 - 1980) - радянський фізик, винахідник способу трансформації електричної енергії в механічну, названого ним електрогідравлічним ефектом.

Якщо здійснити дуже потужний електричний розряд у рідині, то можна за 5-10 мікросекунд спричинити потужний вибух.

А якщо завантажити породу у воду і вдарити, то наша порода подрібнюється на частинки розміром 100 нанометрів (100 нанометрів = 1 * 10-7 метрів).

- Отже, ми подрібнили і породу, і корисні копалини, - розмірковує Юрій Забулонов. - Чи зможемо ми сепарувати їх, розділити?

Учений наводить приклад: якщо людина стоїть, її непросто збити з ніг, але якщо вона рухається, наприклад, іде, то добре штовхнувши, можна порушити її рівновагу.

Так і речовини: у динамічному стані їх легше розділяти.

Понад чотири мільярди тонн урану, що міститься в океанах, можуть допомогти забезпечити енергією наші міста на «найближчі 10000 років», згідно з даними Департаменту енергетики США.

Виділений уран може бути використаний як паливо для атомних електростанцій, щоправда, його вилучення досить складне.

Люди намагалися добувати уран з океану протягом 50 років. Японські вчені в 1990-х роках були найближчими до мети з розвитком абсорбувальних матеріалів або матеріалів, які можуть утримувати молекули на своїй поверхні.

Ще 2012 року вчені Інституту геохімії навколишнього середовища НАНУ створили технологію видобутку урану з морської води, запропонувавши синтезувати нанокомпозитні частинки у воді.

Допомагала фінансувати ці роботи Японія, брали участь також харків'яни - НТК «Інститут монокристалів» НАНУ (детектори, сорбенти)

Що читачі знають про Селлафілд у Британії та його проблеми? Вашій оглядачці доводиться визнати, що вона почула про них тільки з ефіру з академіком Юрієм Забулоновим.

Гугл видав примітну особливість. В українських джерелах про цю британську проблему практично не пишуть, натомість російські переповнені урочистою... зловтіхою. Радіють, що країна Туманного Альбіону зіткнулася фактично з екологічною катастрофою, майже чорнобильського трагізму.

ДОВІДКА «Громади»

Селлафілд (англ. Sellafield) - атомний комплекс, розташований на узбережжі Ірландського моря. У різні роки на комплексі виробляли збройовий плутоній (з 1950 року), виготовляли паливо для АЕС, переробляли опромінене ядерне паливо, працювала АЕС (з 1956 по 1983 роки).

Останній реактор був заглушений у 2003 році. Комплекс складався з 62 будівель, які у 2005 році були заплановані до знесення. 30 вересня 2007 року було розпочато роботу з демонтажу АЕС - розпочато вибухи охолоджувальних труб. Знесення охолоджувальних труб є частиною найбільшого в Європі проєкту з ліквідації споруд, що містять амфіболовий азбест (що сприяє виникненню ракових пухлин).

А тим часом у Селлафілді частина сховищ значно застаріла і щодня пропускає в ґрунт забруднену воду.

Про ворожий інтерес до комплексу свідчать атаки російських і китайських хакерів на системи програмного забезпечення моніторингу радіоактивних забруднень у Селлафілді.

Читачі неабияк дивуватимуться, коли дізнаються, що британцям довелося звертатися по допомогу до українських фахівців.

Аби можна було без присутності людини дистанційно обстежити територію Селлафілда та визначити якість і ступінь забрудненості, у конкурсі на виконання роботи брали участь 55 наукових установ Великої Британії.

Переможницею стала НАН України.

Саме у нас створена багатофункціональна система автоматизованого дистанційного моніторингу та картографування радіоактивності – GS-Smart

Було запропоновано використати для вирішення поставлених цілей проекту програмно-апаратний комплекс на базі безпілотного літального апарату з нейронним модулем та високою чутливістю для виявлення й ідентифікації джерел радіаційного випромінювання на відстані в реальному часі.

Замість тисяч людей, озброєних радіометрами та тривалої роботи, карта забруднення була зроблена за допомогою українського програмно-апаратного комплексу за один день.

До речі, саме в харківському НТК «Інститут монокристалів» створено сцинтиляційні матеріали, що використовуються під час розроблення родовищ газу, нафти та інших корисних копалин, слугують для виявлення й дослідження ядерних випромінювань, швидких частинок та жорсткого електромагнітного випромінювання, зокрема сцинтиляційні детектори іонізуючого випромінювання на їхній основі.

У повідомленні британського Управління з виведення ядерних об'єктів з експлуатації зазначено, що 140 тонн плутонію, отриманого під час переробки відпрацьованого ядерного палива, у Селлафілді було вирішено помістити в могильник.

Британська преса писала, що порошок плутонію, найімовірніше, буде змішано з рідким склом, а отриману масу поміщено в сталеву або бетонну оболонку. Для цього в королівстві ще належить побудувати спеціалізоване підприємство.

Отже, британці для захоронення відходів Селлафілда хотіли використовувати скло.

- У склі все одно виникають так звані радіоактивні пошкодження. Але якщо використовувати геополімерний бетон, то він з роками стає все міцнішим і міцнішим, - пояснює Юрій Забулонов.

Водночас захоронення радіоактивних відходів може бути законсервоване як своєрідне «родовище» корисних копалин.

А в основі геополимерного бетону можуть бути неорганічні відходи індустріальних підприємств

В Інституті геохімії довкілля НАНУ створено технологію виробництва  геополімерного бетону з відходів, який надійніше консервує радіоактивні відходи.

Таким чином, можна концентрувати запаси ядерного палива на майбутнє.

Читайте також:

Мюнхенська матриця: «Не бачу зла, не чую зла і не говорю про зло...»

Якщо вам подобається цей вміст, один із способів підтримати наш сайт — поділитися ним і підписатися на нас.