От ядерных отходов — к звёздам: новая технология даст космосу энергию из радиоактивного мусора

Проблема утилизации радиоактивных отходов остаётся одной из самых острых в атомной энергетике. С каждым годом количество накопленного материала растёт, а методы его долговременного хранения требуют колоссальных затрат и особых условий. Однако новая разработка учёных из Дальневосточного федерального университета и Национальной академии наук Белоруссии может перевернуть подход к обращению с "атомным мусором". Она не только решает проблему его захоронения, но и предлагает использовать радиоактивные элементы для создания полезных источников энергии.

Как работает технология

В основе изобретения лежит синтетический цеолит — вещество с микропористой структурой, способной избирательно "улавливать" нужные атомы. Его разновидность, NaY, разработанная исследователями, особенно эффективна при извлечении ионов радиоактивного стронция-90 из воды.

"Этот изотоп — один из основных продуктов деления урана в ядерных реакторах. Он накапливается в отработанном топливе и жидких отходах. Опасность заключается в том, что он излучает бета-частицы с периодом полураспада около 29 лет", — пояснил, научный сотрудник лаборатории ядерных технологий ДВФУ, Олег Шичалин.

Стронций — химический "близнец" кальция, и организм человека нередко "ошибается", встраивая его в костную ткань. Из-за этого элемент опасен: он поражает костный мозг и может вызвать онкологические заболевания. Поэтому его изоляция — приоритетная задача атомной промышленности.

От сорбции к сверхплотной керамике

Обычно жидкие радиоактивные отходы пропускают через специальные сорбенты. В новом методе цеолит не только собирает ионы стронция, но и становится частью финального продукта. После насыщения радиоактивными элементами материал подвергают электроимпульсному плазменному спеканию — процессу, при котором через массу пропускают миллисекундные импульсы тока, превращая её в сверхплотную керамику.

Эта керамика по структуре близка к природному полевому шпату — минералу, устойчивому к химическому воздействию и времени.

"В результате керамика надежно удерживает радионуклиды. В таком виде элементы можно хранить десятилетиями без риска утечки", — добавил Олег Шичалин.

Потенциал вторичного использования

Созданный материал не просто безопасен для хранения, но и пригоден для повторного извлечения радиоактивных элементов. Это открывает возможность использовать изотопы стронция для производства ритэгов — радиоизотопных термоэлектрических генераторов, которые обеспечивают энергией спутники, маяки, метеостанции и подводные зонды.

"Технология предлагает не только надёжное решение проблемы фиксации радиоактивных отходов, но и способствует развитию экологически устойчивой атомной энергетики будущего", — отметил академик РАН, профессор ДВФУ Иван Тананаев.

По его словам, уникальность подхода в том, что один и тот же материал выполняет двойную роль: сначала он собирает радиоактивные ионы, а затем сам превращается в безопасную матрицу для их хранения. Это сокращает технологический цикл и делает процесс экономически выгодным.

Сравнение — традиционные и новые методы утилизации

Как обеспечить безопасность хранения

Хрупкость радиоактивных материалов требует не только физической защиты, но и химической устойчивости. Поэтому после спекания керамические блоки проходят серию проверок: термические испытания, тестирование под давлением и воздействием влаги. Материал показал стабильность, сопоставимую с природными минералами, существующими миллионы лет.

Такой подход позволит хранить отходы без риска загрязнения почвы или подземных вод. Более того, керамические формы можно размещать компактно — они не требуют сложных контейнеров или специальных герметичных капсул.

Ошибка → Последствия → Альтернатива

• Ошибка: хранить жидкие радиоактивные отходы без фиксации в твёрдую форму.
• Последствия: высокий риск утечки и загрязнения.
• Альтернатива: спекание в керамику с цеолитами.
• Ошибка: использовать одноразовые сорбенты.
• Последствия: рост объёма радиоактивного мусора.
• Альтернатива: применять NaY, который совмещает сбор и долговременное хранение.
• Ошибка: захоранивать отходы без возможности повторного извлечения.
• Последствия: потеря ценных изотопов.
• Альтернатива: сохранять их для будущих энергетических технологий.

А что, если "мусор" станет топливом будущего?

Научное сообщество всё чаще говорит о переходе к замкнутому атомному циклу, когда отходы не захораниваются, а перерабатываются в новые источники энергии. Изотопы стронция, плутония и америция могут обеспечивать энергией автономные системы десятилетиями. Это особенно важно для космических миссий, где солнечные панели неэффективны.

Если подобные технологии выйдут на промышленный уровень, радиоактивный "мусор" перестанет быть угрозой — он станет ресурсом, обеспечивающим устойчивое развитие энергетики.

Плюсы и минусы технологии

Частые вопросы

Что такое ритэг и зачем он нужен?

Это устройство, преобразующее тепло радиоактивного распада в электричество. Применяется на спутниках, маяках и в глубоководных станциях.

Почему выбрали именно стронций-90?

Он обладает достаточно высокой энергией распада и сравнительно долгим сроком службы, что делает его подходящим для автономных источников энергии.

Безопасно ли хранить радиоактивные отходы в керамике?

Да. Кристаллическая структура надёжно удерживает изотопы, предотвращая их взаимодействие с водой и воздухом.

Мифы и правда

• Миф: радиоактивные отходы нельзя использовать повторно.
• Правда: часть из них подходит для производства энергетических генераторов.
• Миф: любое обращение с радиацией опасно.
• Правда: при строгом контроле такие процессы безопасны и применяются в медицине и космосе.
• Миф: хранение отходов под землёй — единственное решение.
• Правда: современные технологии позволяют переводить их в устойчивые формы, пригодные для вторичного использования.

Исторический контекст

Проблема обращения с радиоактивными отходами появилась вместе с развитием атомной энергетики в середине XX века. В 1950–1960-х годах основным способом утилизации было глубокое захоронение. Позже появились идеи по переработке изотопов для научных и медицинских нужд. В СССР уже в 1970-х велись эксперименты с использованием стронция-90 в источниках питания для маяков и спутников.

Современные технологии, такие как керамическое спекание с цеолитами, стали логическим продолжением этой эволюции. Они объединяют безопасность и эффективность, превращая ядерные отходы из проблемы в ресурс для будущего энергетики и освоения космоса.

Открытие дальневосточных и белорусских учёных показывает, что даже самые опасные отходы могут стать ценным ресурсом, если подойти к ним с умом. Превращая радиоактивный стронций в безопасную керамику и потенциальный источник энергии, наука делает шаг к будущему, где атомная энергетика станет не угрозой, а опорой устойчивого развития.

Такие технологии не только снижают экологические риски, но и открывают путь к созданию новых, надёжных систем питания для спутников, маяков и других автономных устройств, работающих там, где нет места традиционным источникам энергии.