Таким образом, проблема крайне остра. Канадские АЭС Дарлингтон, Брюс (А и В), Пикеринг (тоже А и В) и Пуан-Лепро – опасные «поставщики» трития в природу. Но если решить проблему трития, то ядерная энергетика получит резкое ускорение. Это действительно станет прорывом всемирно-исторического значения.
Тритий опасен. Распад его сопровождается довольно интенсивным бета-излучением. При попадании трития внутрь организма человека с воздухом или водой, он представляет серьезную угрозу для здоровья. Тритий, будучи изотопом водорода, химически ведет себя так же, как водород, и поэтому способен замещать его во всех соединениях с кислородом, серой, азотом, легко проникая в протоплазму любой клетки. В этом случае испускаемое тритием бета-излучение ведет к поражению жизненно важных органов, разрыву связей в ДНК и приводит к генетическим мутациям. Исследования, посвященные поведению трития в биологических объектах, свидетельствуют о его подчас тысячекратном накоплении в живых организмах и пищевых цепочках. Тритий не улавливается системами водоочистки и водоподготовки.
Тритий попадает в окружающую среду не только из тяжеловодных реакторов. Идет и накопление загрязненных тритием тяжеловодных и легководных отходов, в том числе образующихся при снятии с вооружения ядерных боеприпасов. Это привело к тому, что ежегодная скорость образования и накопления техногенного трития в глобальном масштабе (килограммы или десятки миллионов Ки в год) стала во много раз превышать скорость образования его естественным путем (0.2 Кг или 2.105 Ки в год). За последние сорок лет (с 1960 по 2000) выбросы трития с предприятий ядерного топливного цикла выросли в 50 000 раз и составили примерно 1019 беккерелей. При этом выделяется как непосредственно на АЭС, так и на заводах по переработке топлива. Ситуация еще более усложнится в случае развития термоядерной энергетики. И хотя сей изотоп водорода имеет период полураспада в 12,3 года, должно пройти несколько циклов полураспада, чтобы он стал безопасным.
Конечно, технологии «детритизации» в мире есть. Только очень недешевые. Экономически, увы, нецелесообразные. Скажем, вот отделение трития от водорода методом низкотемпературной ректификации водорода (Франция, Гренобль). Или, например, ректификация воды с рекомпрессией пара (опытная установка фирмы «Зульцер»). Или, к примеру, химический изотопный обмен в системе вода – сероводород, вода – водород, вода – аммиак (экспериментальные установки). Есть, наконец, адсорбционная очистка с использованием цеолитов и некоторых металлов. Эффективность и экономическая целесообразность выделения и концентрирования трития из тритийсодержащих отходов с помощью разделительных установок определяется, в конечном счете, энергетическими затратами на процесс разделения изотопов водорода: протия, дейтерия и трития. А они получаются огромными. Петрик же смог сделать новую технологию, стоящую вне конкуренции по своей дешевизне.
Тритиевая проблема Ленинграда-Петербурга: с чего все началось
Случилось так, что наш завзятый шарлатан, уголовник и любитель скрипок Страдивари занялся проблемой очистки воды от трития, а заодно – и от дейтерия. Все началось с того, что огромные объемы воды, зараженной тритием, – огромная проблема Ленинграда-Петербурга. В нем, конечно, нет реакторов типа CANDU. Но зато в городе много лет работал ГИПХ – Институт прикладной химии, который производил тритий для термоядерного оружия и для высокотехнологичных военных систем. Например, для светящихся элементов ночных прицелов.
От ГИПХ осталось около 1400 тонн радиоактивной воды (http://www.atomic-energy.ru/interviews/2012/03/12/31745). К 2002 году емкости, в которых они хранились в самом центре Петербурга-Ленинграда, прохудились настолько, что в одной из них случилась утечка и около сорока тонн отходов попало в Неву. В восьмистах метрах от городского водозабора. Быть может, не случайно северная столица держит печальную пальму первенства по раковым заболеваниям пищевода и кишечника? Чтобы обезвредить отходы ГИПХ, надо научиться очищать их от трития. И, хотя тритий имеет период полураспада в 12,3 года, должны пройти десятилетия, чтобы вода с ним стала более или менее безопасной.
Проблема отходов ГИПХ остро стояла еще в СССР. Специальное хранилище жидких РАО при Калининской АЭС отказывалось их принимать, ибо не могло обеспечить хранение без утечек. Потому не от хорошей жизни 1400 тонн жидкой смерти приходилось хранить в Питере. Так сказать, в расчете на то, что ученые найдут решение вопроса в будущем. Но будущее после гибели Советского Союза оказалось плохим.
Временное решение все-таки нашли. Отходы ГИПХ недавно были перевезены в специальное хранилище отходов в Сосновом Бору, которое является структурой Росатома, частью ФГУП «РосРАО». (Оно и занимается захоронением радиоактивных отходов.) Но это – пока половинчатая мера. Отходы ГИПХ надо переработать. Но, черт возьми, как это сделать?
Занявшись проблемой обезвреживания «гипховских» отходов, Виктор Петрик не только изобрел технологию «детритизации» воды. Он открыл и гораздо более захватывающие горизонты.
Но когда автор сих строк и этой линией занялся вплотную, то понял, насколько и здесь заврались почтенные академики РАН. И тут тоже никто не думал гонять воду через банальные фильтры. Впрочем, давайте-ка по порядку…
Пар, УСВР, платина и мандюрки
Очистка воды от изотопов водорода (дейтерия и трития) теснейшим образом связана с проблемой разделения изотопов в составе молекул воды. А изотопы – это протий (обычный водород), дейтерий и тритий. Нужно не только уметь разделить эти изотопы, но и выделить дейтерий и тритий. Никакой фильтрацией этого не сделаешь: молекулы обычной, тяжелой и тритиевой водицы (соответственно Н2O, D2O и Т2O) по геометрическим параметрам – одинаковы. Так что задача создания недорогой технологии «детритизации» была серьезным вызовом.
Как же удалось ее решить?
Хвала советской науке – подсказка нашлась в системе самой РАН, бывшей АН СССР. Не где-нибудь, а в уважаемом Институте общей физики Академии наук обнаружились эксперименты, которые дали ключ к новой технологии. Еще в 2004 году сотрудники ИОФ (Вигасин А. А., Волков А. А., Тихонов В. И., Щелушкин Р. В.) опубликовали свою работу «Эффект спин-селективной адсорбции водяного пара» (http://www.ikar. udm.ru/sb/sb34-1-1. htm). Там исследователи разделяли изотопы водорода в водяном пару, на основе магнитных моментов (спинов) их ядер. Но использовали ученые для этого пористый уголь. Принципом разделения у них служили разные магнитные моменты ядер изотопов водорода. И это – не фильтрация, а именно спин-селективная адсорбция водяного пара!
(Напомним: когда в осажденном немцами Париже в 1870–1871 гг. нужно было добывать водород для аэростатов, французы получали его, пропуская пар через раскаленные железные трубы).
Виктор Петрик, изучив все это, решил вместо пористого угля и оксида алюминия, которые применили исследователи ИОФ, использовать свои сверхчистую платину и УСВР.
То есть, углеродную смесь высокой реакционной способности. А она, как вы помните, состоит из графенов и графитовых пакетов. Но в сем случае УСВР был тоже ой как непростым!
Виктор Петрик использовал гидрофобный (то есть, водоотталкивающий) катализатор. Он нанесен на гранулы – «камешки» угловатой формы (каковые сам автор изобретения называет шутливо «мандюрками»), которые завихряют и возмущают пар радиоактивной воды, прогоняемой через трубу с ними. (Процесс идет при температуре в 130 градусов.) Сами мандюрки покрыты тефлоном, в который имплицированы углеродные соединения высокой реакционной способности (УСВР). Но эти углеродные вкрапления с помощью газофазного метода покрыты особо чистой платиной. (Сей метод, а также способ получения металлов платиноидной группы в одну стадию даже из не очень богатой руды, а также действующую установку для их получения можно увидеть во Всеволожском институте Виктора Петрика. И мы еще расскажем об этой удивительной технологии.)
– То есть не я совершил научное открытие по разделению изотопов, но именно мой частный институт создал на основе этого открытия изобретение – эффективно работающую технологию. Ибо только мы можем получать – с помощью газофазового метода – нанопорошки платины. Именно на гидрофобном платиновом катализаторе мы и разделяем ядра изотопов водорода, – поясняет Виктор Петрик.
На основе такой разработки Петрик впоследствии построил опытную установку. Прогоняя воду через нее, можно получать концентрат: воду, насыщенную тритием. А можно – выделять тяжелую воду (с дейтерием). Эта работа была сделана в сотрудничестве с Радиевым институтом. В августе – сентябре 2008 года в нем прошли успешные испытания экспериментального агрегата. Содержание трития в пробах, взятых из жидких отходов ГИПХ, уменьшалась десятикратно.
В состав авторитетной комиссии, проводившей испытания технологии, входили специалисты РХТУ имени Д. И. Менделеева, Института физической химии и электрохимии РАН и представители Росатома. А именно – кандидат химических наук Э. Магомедбеков из РХТУ, одновременно – директор Института материалов современной энергетики и нанотехнологии (ИМСЭН-ИФХ), доктор химических наук М. Розенкевич, заведующий кафедрой (РХТУ) технологии изотопов и водородной энергетики, а также профессор той же кафедры, доктор химических наук Ю. Сахаровский. Уж эти-то профи знают о дейтерии и тритии буквально все.
